Corrija este nombre: Maria Helena Braga. Detrás de este nombre tan típicamente portugués, encontramos a una investigadora de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Oporto que, gracias a su trabajo, pudo haber contribuido al avance definitivo de la tecnología de las baterías de iones de litio.
Su aportación gira en torno al descubrimiento del vidrio electrolítico, y podría dar lugar a una nueva generación de baterías -de estado sólido-, que serán más seguras, más ecológicas, asequibles y podrán tener hasta 3 veces más capacidad. Para entender por qué todo este entusiasmo, es una buena idea conocer las baterías de iones de litio (Li-ion).
Las baterías de iones de litio son las más comunes en la actualidad. Tienen muchas ventajas sobre otros tipos de baterías, pero también tienen sus limitaciones.
Los podemos encontrar en smartphones, vehículos eléctricos y otros dispositivos electrónicos. Para suministrar la energía necesaria, utilizan un electrolito líquido para transportar iones de litio entre el ánodo (lado negativo de la batería) y el cátodo (lado positivo).
Este líquido es el meollo del asunto. La carga o descarga rápida de baterías de litio puede conducir a la formación de dendritas, que son filamentos de litio (conductores). Estos filamentos pueden provocar cortocircuitos internos que pueden provocar incendios e incluso explosiones.
El descubrimiento de María Helena Braga
Reemplazar el electrolito líquido con un electrolito sólido previene la formación de dendritas. Fue precisamente un electrolito sólido que descubrió María Helena Braga, junto a Jorge Ferreira, cuando trabajaban en el Laboratorio Nacional de Energía y Geología.
La innovación implica el uso de un electrolito de vidrio sólido, que permite el uso de un ánodo construido en metales alcalinos (litio, sólido o potasio). Algo que no era posible hasta ahora. El uso de un electrolito vítreo ha abierto un mundo de posibilidades, como aumentar la densidad de energía del cátodo y extender el ciclo de vida de la batería.
El descubrimiento fue publicado en un artículo en 2014 y capturó la atención de la comunidad científica. Comunidad que incluye a John Goodenough, el "padre" de la batería de litio actual. Hace 37 años que co-inventó el avance tecnológico que permitió que las baterías de iones de litio se volvieran comercialmente viables. Profesor de la Universidad de Texas, el hombre de 94 años no pudo contener su entusiasmo por el descubrimiento del investigador portugués.
Maria Helena Braga no tardó en viajar a los Estados Unidos para demostrarle a John Goodenough que su electrolito vítreo podía conducir iones a la misma velocidad que un electrolito líquido. Desde entonces, ambos han colaborado en la investigación y el desarrollo de baterías de estado sólido. Esta colaboración ya ha generado una nueva versión del electrolito.
La intervención de Goodenough en la cooperación y el desarrollo de la batería de estado sólido ha sido fundamental para dar la credibilidad necesaria a este descubrimiento.
Ventajas de la batería de estado sólido
Las ventajas son prometedoras:- aumento de voltaje que permitirá una mayor densidad de energía para el mismo volumen - permite una batería más compacta
- permite una carga rápida sin producción de dendrita: más de 1200 ciclos
- más ciclos de carga / descarga que permiten una mayor duración de la batería
- permite operar en un rango de temperatura más amplio sin degradación - primeras baterías para poder operar a -60º Celsius
- costo potencialmente menor gracias al uso de materiales como sodio en lugar de litio
Otra de las grandes ventajas es que las celdas se pueden construir con materiales respetuosos con el medio ambiente, como el mencionado sodio, que se puede extraer del agua de mar. E incluso su reciclabilidad no es un problema. El único inconveniente, si se le puede llamar así, es que el montaje de estas baterías sólidas requiere un entorno seco y preferiblemente libre de oxígeno.
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María Helena Braga dice que ya existen baterías de estado sólido: pilas de botón o moneda, pilas del tamaño de una moneda que se utilizan, por ejemplo, en algunos relojes. También se han probado en laboratorio baterías con otras dimensiones.
¿Cuándo sucederá este tipo de batería en un automóvil?
Según Maria Helena Braga, ahora dependerá de la industria. Este investigador y Goodenough ya han demostrado la validez del concepto. El desarrollo deberá ser realizado por otros. En otras palabras, no será mañana ni el año que viene.
Pasar de estos avances de laboratorio a productos comerciales es un desafío considerable. Podrían pasar otros 15 años antes de que veamos este nuevo tipo de batería aplicada a vehículos eléctricos.
Básicamente, es necesario encontrar procesos industriales escalables y rentables que permitan la industrialización y comercialización de este nuevo tipo de baterías. Otro motivo está relacionado con las grandes inversiones ya realizadas en el avance de las baterías de litio por las más diversas entidades. El ejemplo más popular será la Gigafábrica de Tesla.
En otras palabras, durante los próximos 10 años deberíamos seguir viendo la evolución de las baterías de litio. Se espera que su densidad de energía aumente alrededor del 50% y se espera que su costo disminuya en un 50%. No es de esperar un rápido cambio en la industria automotriz hacia las baterías de estado sólido.
También se están dirigiendo inversiones hacia otro tipo de baterías, con diferentes reacciones químicas, que pueden alcanzar hasta 20 veces más densidad energética que una batería de iones de litio actual. No solo es superior a las tres veces más conseguidas por las baterías sólidas, sino que, según algunos, podría llegar al mercado antes que estas.
De todos modos, el escenario futuro parece prometedor para el vehículo eléctrico. Este tipo de avance es el que finalmente debería permitir niveles de competitividad equivalentes a los vehículos con motor de combustión interna. Aun así, con todos estos avances, como este descubrimiento de Maria Helena Braga, podrían pasar otros 50 años para que los vehículos eléctricos alcancen una participación del 70-80% del mercado global.