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Utilizando un material totalmente nuevo, el niobato de níquel, para el ánodo de las baterías de iones de litio, se puede mejorar diez veces la velocidad de carga, según investigadores de la Universidad de Twente. Esto es posible sin el riesgo de dañar el material del ánodo, provocar la rotura de la batería o reducir su vida útil. Otra ventaja es que el proceso de fabricación no es complicado. Los investigadores han publicado sus primeros resultados con baterías con el nuevo ánodo en la revista Advanced Energy Materials.
El rendimiento de las baterías puede seguir mejorando considerablemente, tanto para los vehículos eléctricos como para la red eléctrica. Una carga y una descarga más rápidas, o una mayor densidad de energía que dé lugar a baterías más compactas y ligeras: a menudo hay una especie de "compensación" entre ambas. Los cargadores de alta velocidad junto a la autopista son un ejemplo. No todos los coches ni las baterías están preparados para ello.
El nuevo material niobato de níquel (NiNb2O6) parece tener propiedades muy atractivas e incluso después de muchos ciclos de carga ultrarrápida, vuelve a su nivel original. Esto tiene que ver principalmente con su atractiva estructura cristalina "abierta" y regular, que da lugar a canales para el transporte de carga que son idénticos.
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| El niobato de níquel tiene una estructura cristalina regular y abierta, con muchos canales para el transporte de cargas. Crédito: Universidad de Twente |
Esto significa que funciona mejor que el material estándar del ánodo, el grafito. Éste también es un material "abierto" y sencillo. Pero después de algunos ciclos de carga a alta velocidad, no recupera el nivel original, o incluso se rompe. En la búsqueda de alternativas, también en la Universidad de Twente, los nuevos tipos de materiales nanoestructurados son una opción: una desventaja, sin embargo, puede ser que los canales se organicen de forma más aleatoria.
Sin embargo, las altas velocidades de carga y descarga tienen consecuencias en el peso y la densidad energética. El niobato de níquel es más compacto que el grafito, por lo que tiene una mayor densidad energética volumétrica.
Los investigadores probaron las primeras baterías completas con el nuevo material del ánodo, también con varios materiales de cátodo existentes. Llegan a la conclusión de que esta versión sería ideal para introducirla en una red energética, en máquinas alimentadas eléctricamente en las que se requiera una carga y descarga rápidas, o en transportes pesados alimentados eléctricamente. Para utilizarlo en coches de propulsión eléctrica, todavía hay que dar algunos pasos. El nuevo ánodo también es adecuado para sustituir el litio, por ejemplo, por el natrio, afirma el director de la investigación, el profesor Mark Huijben.
Fuentes, créditos y referencias:
Rui Xia et al, Nickel Niobate Anodes for High Rate Lithium‐Ion Batteries, Advanced Energy Materials (2021). DOI: 10.1002/aenm.202102972