Recientemente, los investigadores del Laboratorio Nacional de Oak Ridge (ORNL) del Departamento de Energía de EE.UU. han desarrollado un nuevo colector más ligero y económico, que promete mejorar el rendimiento de las baterías de vehículos eléctricos, lograr una mayor autonomía y velocidades de carga ultrarrápidas.

Para mejorar la competitividad de la industria del transporte de EE.UU., la clave radica en desarrollar baterías de vehículos eléctricos nacionales que permitan carga rápida y larga autonomía. Sin embargo, la densidad de energía requerida para extender la autonomía a menudo se logra a costa de la velocidad de carga y la vida útil de la batería.

En esta ocasión, los investigadores de ORNL, al integrar un nuevo colector (un componente clave de la batería), han fabricado con éxito una batería que combina una excelente densidad de energía con capacidades de carga ultrarrápida duraderas. Esta batería puede recuperar al menos el 80% de su capacidad en 10 minutos. Al mismo tiempo, al reducir el uso de metales, especialmente el cobre de alta demanda, esta tecnología alivia la presión sobre la cadena de suministro de EE.UU.

El investigador principal, Georgios Polyzos, afirma que esto ahorra significativamente materiales cercanos al límite crítico, reduce drásticamente el cobre y el aluminio necesarios, y aumenta considerablemente la densidad de energía lograda con carga en 10 minutos.

El colector es responsable de conducir la corriente de los materiales activos dentro de la batería al circuito externo y generalmente está hecho de láminas metálicas, con una en cada extremo del electrodo: lámina de cobre para el ánodo y lámina de aluminio para el cátodo. Pero estas láminas metálicas aumentan el peso de la batería y del automóvil, lo que incrementa la energía necesaria para impulsarlo.

El nuevo colector desarrollado en esta ocasión es fabricado por el socio industrial Group Soteria Battery Innovation y consiste en un polímero intercalado entre capas extremadamente delgadas de cobre o aluminio. Los investigadores de ORNL descubrieron que este nuevo componente puede reducir el costo del colector en un 85%, proporcionar un 27% de energía adicional para una mayor autonomía y mantener una alta densidad de energía después de mil ciclos. Su rendimiento es comparable al de los colectores tradicionales, pero su peso es solo aproximadamente una cuarta parte, lo que permite que los vehículos eléctricos viajen más lejos con la misma cantidad de energía.

Para asegurar que esta tecnología pueda escalarse y comercializarse, los investigadores de ORNL fabricaron baterías de botón y de bolsa en su fábrica abierta de fabricación de baterías utilizando procesos estándar de la industria.

Polyzos indica que, aunque los materiales más delgados son más propensos a arrugarse, el equipo encontró parámetros precisos para integrarlos exitosamente en el proceso de producción en rollo a rollo. Otros colectores experimentales suelen requerir procesos de fabricación costosos y complejos que no son compatibles con los métodos estándar de rollo a rollo.

Los resultados de la investigación de ORNL se publicaron en la revista Energy & Environmental Materials, destacando el potencial de los colectores de metal-polímero para "revolucionar el proceso de fabricación de baterías en rollo a rollo y mejorar significativamente los indicadores de rendimiento de las baterías de iones de litio en aplicaciones de vehículos eléctricos".

El CEO de Soteria en Carolina del Sur, Brian Morin, afirma que, aunque las películas plásticas aumentan la resistencia física, ORNL ha ayudado a la empresa a entender cómo utilizar esta tecnología para lograr carga rápida de baterías. Después de eliminar el 80% del metal en Soteria, la dificultad del procesamiento rápido aumenta, pero ORNL demostró que aún se puede lograr carga y descarga rápida. Las pruebas de Soteria indican que este polímero también mejora la seguridad de la batería. Si ocurre un cortocircuito interno que genera un impacto de energía breve, corroe la película plástica y aleja el metal; el colector actúa como un interruptor de circuito dentro de la batería, eliminando aproximadamente el 90% de los incendios de baterías de iones de litio causados por cortocircuitos.

La investigación sobre colectores de metal-polímero está financiada por la Oficina de Tecnologías de Materiales Avanzados y Manufactura del Departamento de Energía de EE.UU. (AMMTO). Otros investigadores de ORNL involucrados en el proyecto incluyen a Sergiy Kalnaus, Sabine Neumayer, Wheatley Steenman y Jaswinder Sharma.