Baterías de grafeno que cargan más rápido

Los smartphones y ordenadores portátiles podrían recargarse en cuestión de minutos si las baterías de iones de litio se equipan con grafeno, un material especial que fabrica Vorbeck.

Vorbeck es una empresa de materiales que está trabajando con el Laboratorio Nacional del Departamento de Energía del Noroeste del Pacífico de EE.UU. para aplicar su material en baterías que podrían almacenar grandes cantidades de energía y recargarse rápidamente, dijo John Lettow, presidente de Vorbeck.

Una batería estándar de iones de litio de un teléfono móvil puede tardar unas dos horas en recargar, pero el grafeno puede ayudar a recargarlas en menos de 10 minutos, dijo Lettow. El avance podría ayudar a mantener la capacidad de almacenamiento de energía durante períodos más largos y permitir hacer baterías más seguras al prevenir un calentamiento excesivo.

"Hay muchos problemas con los materiales de la batería en la actualidad: tardan mucho en cargar y descargar, no almacenar demasiada energía, tienen un ciclo de vida menor de lo deseado, y pueden calentarse y cortocircuitarse, causando problemas de seguridad" afirmó Lettow.

La tecnología se ha probado en las baterías en el laboratorio. El nanomaterial podría llegar a baterías comerciales para su uso en teléfonos móviles, ordenadores portátiles y herramientas eléctricas a partir del año próximo, dijo. El material está siendo evaluado por las empresas para implementarlo en sus productos.

Las baterías de litio se recargan mediante la transferencia de iones de litio entre los electrodos. El ritmo al que las baterías actuales cargan está limitado por los materiales de los electrodos, dijo Lettow. Las baterías actuales tardan mucho tiempo en cargar a causa de la baja conductividad eléctrica y el transporte de litio de los electrodos, lo que limita el intercambio de iones de litio.

Vorbeck busca combinar un material híbrido que incluye hojas de grafeno recubierto con una fina capa de material de almacenamiento de iones, de modo que el almacenamiento de los iones y los componentes conductores de electrones están muy cerca. Esto permite a los electrones y los iones de litio para combinarse con mucha mayor rapidez en el electrodo, lo que permite rápidos tiempos de recarga de la batería.

El grafeno es químicamente estable y tiene una alta conductividad eléctrica por lo que puede mover electrones fácilmente. Los cátodos y ánodos mejorados también permiten el almacenamiento de más iones de litio, lo que puede aumentar la capacidad de la batería, proporcionando mayores autonomías.

Las baterías con grafeno también pueden durar mucho más tiempo que las baterías convencionales, dijo Lettow. Los materiales híbridos Vorbeck de almacenamiento de iones se pueden hinchar y flexionar sin averías mecánicas, lo que les da un ciclo de vida significativamente más largo en una batería, en algunos casos hasta diez veces más, dijo Lettow. En comparación, la forma en que los iones de litio se introducen y se retiran a partir del material de los electrodos en una batería típica, hace que el material se hinche y se contraiga, llevando a su rápida destrucción. La eficiente conductividad de grafeno también conduce a un menor calentamiento del electrodo, por lo que las baterías pueden operar a temperaturas más bajas, mejorando la seguridad. Los iones de litio se acumulan en los materiales de las baterías actuales demasiado rápido, esperando a entrar en el material de los electrodos. Esto crea una situación de exceso de tensión que puede provocar un sobrecalentamiento y cortocircuitos que han causado incendios en varios tipos de baterías de iones de litio, dijo Lettow. Debido a esto, los fabricantes de baterías tienen que limitar a propósito la tasa de carga y descarga a niveles muy bajos para mantener las baterías en un régimen de operación estable.

El grafeno Vor-x de Vorbeck fue desarrollado basándose en tecnología con licencia de la Universidad de Princeton. La compañía ya ha utilizado el material en aplicaciones como la impresión.

Cada vez se presta más atención a la investigación de baterías. La división de investigación de IBM dijo el año pasado que estaba trabajando en baterías de alta densidad para uso en coches eléctricos. El gobierno de EE.UU. asignó en noviembre 18 millones de dólares a los laboratorios nacionales para investigar sobre temas como el desarrollo y la seguridad de las baterías.