La verdadera forma del litio da lugar a baterías para coches eléctricos más seguras

Revelada por primera vez la verdadera forma del litio

Fecha de publicación: 04/08/2023 17:00

Última actualización: 05/08/2023 11:39

Introducción

Actualmente, las baterías de iones de litio dominan el mercado. Están presentes en los dispositivos portátiles más pequeños, pasando por todos los teléfonos inteligentes hasta llegar a aplicaciones de gran volumen como los vehículos eléctricos y tecnologías de almacenamiento de energía solar y eólica. A muy pequeña escala, en su interior almacenan átomos de litio cargados positivamente en una estructura de carbono similar a una jaula que recubre un electrodo. Alternativamente, en las baterías de metal de litio, este cubre directamente el electrodo, lo que permite empaquetar 10 veces más litio en el mismo espacio y duplicar el rendimiento de la batería.

El peligro del litio metálico

Sin embargo, ese mayor rendimiento conlleva un peligro. El litio reacciona fácilmente con los productos químicos y puede corroerse tan rápido como se agrega el metal al electrodo, lo que aumenta el riesgo de incendios y explosiones.

El descubrimiento de la verdadera forma del litio

Investigadores del Instituto de Nanosistemas de la Universidad de California Los Ángeles (UCLA) han revelado un hallazgo fundamental para producir baterías de metal de litio más seguras que superan a las de iones de litio actuales sin riesgos de seguridad. Han desarrollado un método para depositar el metal de litio más rápido de lo que puede corroerse, lo que les permite ver la forma en que se organizan los átomos del metal: por primera vez, se desvela la verdadera forma del litio.

El litio metálico reacciona tan fácilmente con los productos químicos que, en condiciones normales, la corrosión se forma casi inmediatamente, mientras el metal se deposita sobre una superficie como un electrodo. La revista Nature publica el trabajo de los científicos de UCLA donde explican que desarrollaron una técnica que evita esa corrosión.

Implicaciones para la seguridad y el rendimiento de las baterías

Demostraron que, en su ausencia, los átomos de litio se ensamblan en una forma sorprendente: el dodecaedro rómbico, una figura de 12 lados similar a los dados que se usan en juegos de rol, como Dragones y Mazmorras. “Hay miles de artículos sobre el litio metálico y la mayoría de las descripciones de la estructura son cualitativas, como ‘grueso’ o ‘en forma de columna'”, afirma en un comunicado Yuzhang Li, profesor asistente de Ingeniería Química y Biomolecular en la Escuela de Ingeniería Samueli de UCLA, miembro de CNSI y autor del estudio. “Fue sorprendente para nosotros descubrir que, cuando evitamos la corrosión de la superficie, en lugar de estas formas mal definidas, vemos un poliedro singular que coincide con las predicciones teóricas basadas en la estructura cristalina del metal. En última instancia, este estudio nos permite revisar cómo entendemos baterías de metal de litio”, añade Li.

El proceso para colocar el revestimiento de litio

El proceso para colocar el revestimiento de litio se basa en una técnica que tiene más de 200 años. Emplea electricidad y soluciones de sales llamadas electrolitos que no hay que confundir con el que sirve de soporte para que viajen los iones de litio. A menudo, el litio forma filamentos ramificados microscópicos con puntas que sobresalen. En una batería, si dos de esos picos se entrecruzan, pueden provocar un cortocircuito y una explosión.

El trabajo de laboratorio

Los investigadores desarrollaron una nueva técnica para depositar litio más rápido que las formas de corrosión. Pasaron corriente a través de un electrodo mucho más pequeño para expulsar la electricidad más rápido, de forma muy similar a la forma en que el bloqueo parcial de la boquilla de una manguera de jardín hace que el agua salga disparada con más fuerza. Sin embargo, se requería un equilibrio, porque acelerar demasiado el proceso conduciría a las mismas estructuras puntiagudas que causan los cortocircuitos. El equipo abordó ese problema ajustando la forma de su pequeño electrodo.

Colocaron litio en superficies usando cuatro electrolitos diferentes, comparando los resultados entre una técnica estándar y su nuevo método. Con la corrosión, el litio formó cuatro formas microscópicas distintas. Sin embargo, con su proceso libre de corrosión, encontraron que el litio formaba dodecaedros minúsculos, no más grandes que 2 millonésimas de metro, o aproximadamente la longitud promedio de una sola bacteria, en los cuatro casos.

Los investigadores pudieron ver la forma del litio gracias a una técnica de imagen llamada microscopía crioelectrónica, o crio-EM, que emite electrones a través de muestras congeladas para mostrar detalles hasta el

Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) relacionados

• Objetivo 7: Energía asequible y no contaminante
• Objetivo 9: Industria, innovación e infraestructura
• Objetivo 11: Ciudades y comunidades sostenibles
• Objetivo 13: Acción por el clima

Metas específicas de los ODS identificadas

• Meta 7.2: Aumentar la proporción de energía renovable en el mix energético global
• Meta 9.4: Mejorar la infraestructura tecnológica para apoyar el desarrollo sostenible
• Meta 11.6: Reducir el impacto ambiental negativo per capita de las ciudades
• Meta 13.2: Integrar medidas de cambio climático en las políticas, estrategias y planes nacionales

Indicadores de los ODS relevantes

• Indicador 7.2.1: Proporción de energía renovable en el consumo final de energía
• Indicador 9.4.1: Coeficiente de exportaciones de alta tecnología
• Indicador 11.6.1: Proporción de superficie urbana ocupada por áreas verdes públicas
• Indicador 13.2.1: Integración de medidas de cambio climático en políticas, estrategias y planes nacionales

Tabla de ODS, metas e indicadores

El artículo aborda temas relacionados con las baterías de iones de litio y las baterías de metal de litio. Estas tecnologías están estrechamente relacionadas con el Objetivo 7 de Energía asequible y no contaminante, ya que las baterías son utilizadas en dispositivos portátiles, vehículos eléctricos y tecnologías de almacenamiento de energía renovable. Además, el artículo menciona el riesgo de incendios y explosiones asociado con las baterías de metal de litio, lo que está relacionado con el Objetivo 11 de Ciudades y comunidades sostenibles, específicamente la meta 11.6 de reducir el impacto ambiental negativo per capita de las ciudades.

En cuanto a las metas específicas, el contenido del artículo permite identificar la meta 7.2 de aumentar la proporción de energía renovable en el mix energético global, ya que se menciona el uso de baterías en tecnologías de energía solar y eólica. También se puede identificar la meta 9.4 de mejorar la infraestructura tecnológica para apoyar el desarrollo sostenible, ya que el artículo habla sobre el desarrollo de un método para producir baterías de metal de litio más seguras. Además, se menciona la reducción del riesgo de explosión en las baterías de metal de litio, lo que está relacionado con la meta 11.6 de reducir el impacto ambiental negativo per capita de las ciudades. Por último, se menciona la integración de medidas de cambio climático en las políticas, estrategias y planes nacionales, lo que está relacionado con la meta 13.2 de integrar medidas de cambio climático en las políticas, estrategias y planes nacionales.

En cuanto a los indicadores, el artículo no menciona específicamente ninguno de los indicadores de los ODS. Sin embargo, se pueden identificar posibles indicadores relevantes para medir el progreso hacia los objetivos identificados. Estos incluyen el indicador 7.2.1 de la proporción de energía renovable en el consumo final de energía, el indicador 9.4.1 del coeficiente de exportaciones de alta tecnología, el indicador 11.6.1 de la proporción de superficie urbana ocupada por áreas verdes públicas y el indicador 13.2.1 de la integración de medidas de cambio climático en políticas, estrategias y planes nacionales. Estos indicadores podrían utilizarse para evaluar el progreso hacia los objetivos relacionados con las baterías de litio y su impacto en la energía, la infraestructura, las ciudades y el cambio climático.

¡Atención! Este espléndido artículo nace de la fuente del conocimiento, moldeado por una maravillosa tecnología patentada de inteligencia artificial que profundizó en un vasto océano de datos, iluminando el camino hacia los Objetivos de Desarrollo Sostenible. Recuerda que todos los derechos están reservados por SDG Investors LLC, lo que nos permite defender el progreso juntos.

Fuente: hibridosyelectricos.com

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