Electrodo que se autorepara

Unos investigadores han creado el primer electrodo de batería capaz de autorrepararse, abriendo así un prometedor camino hacia el desarrollo de una nueva generación de baterías de ión-litio, comercialmente viables, para automóviles eléctricos, teléfonos móviles y otros dispositivos.

El secreto está en un polímero elástico que recubre el electrodo, lo mantiene sujeto de una pieza y espontáneamente repara las pequeñas fisuras que se generan en el electrodo durante el funcionamiento de la batería.

Este singular polímero lo desarrolló Chao Wang de la Universidad de Stanford en California, Estados Unidos, en el laboratorio que dirige en dicha universidad la ingeniera química Zhenan Bao.

La investigación realizada ahora por Wang, Bao y sus colegas de la citada universidad y del Laboratorio del Acelerador Nacional SLAC, en Menlo Park, California, ha demostrado que los electrodos de silicio probados en los experimentos duraron 10 veces más tiempo cuando estaban recubiertos con el polímero de autorreparación, el cual reparaba cualquier fisura en unas pocas horas.

La capacidad actual que el nuevo sistema tiene para almacenar energía está ya en el rango práctico, pero los científicos creen que se puede aumentar mucho más.

Lograr un electrodo de larga vida para las nuevas y ambiciosas baterías de ión-litio es fundamental para que éstas sean de utilidad verdaderamente práctica.

Investigadores de todas partes del mundo trabajan para encontrar lo antes posible formas de almacenar más energía en los electrodos negativos de las baterías de ión-litio, y para lograr una mayor eficiencia al tiempo que un menor peso. Uno de los materiales para electrodo más prometedores es el silicio; tiene una gran capacidad para absorber iones de litio desde el fluido de la batería durante la carga y luego para liberarlos cuando la batería comienza a trabajar suministrando electricidad.

Pero esta gran capacidad tiene un precio: Los electrodos de silicio se dilatan hasta tres veces su tamaño normal y luego se encogen en la misma proporción cada vez que la batería se carga y se descarga, por lo que no pasa mucho tiempo hasta que el quebradizo material se agrieta y fragmenta, lo que reduce la eficiencia de la batería hasta volverla inservible. Éste es un problema que afecta de forma acuciante a todos los electrodos en baterías de gran capacidad de la gama citada y otras.

Dotar al electrodo de una capacidad de autorreparación es una solución prometedora. En el nuevo sistema ensayado, los científicos deliberadamente debilitaron algunos de los enlaces químicos dentro del polímero. El material resultante se rompe fácilmente, pero los extremos rotos son químicamente atraídos el uno al otro y así rápidamente se unen otra vez, recomponiendo asimismo al silicio que recubren, e imitando en algunos aspectos el proceso que les permite reensamblarse a moléculas biológicas como la de ADN.

En el trabajo de investigación y desarrollo también han participado Yi Cui, Zheng Chen y Matthew T. McDowell, de la Universidad de Stanford, así como Hui Wu, ahora en la Universidad Tsinghua en China.

Fuente: http://noticiasdelaciencia.com/not/8982/electrodo_de_bateria_que_se_autorrepara/es/

Tecnología más segura y económica para baterías de li-ion para el vehículo eléctrico

SolidEnergy afirma que sus nuevos materiales para baterías almacenan más energía y no prenden fuego

Foto: Una de las baterías de SolidEnergy (izquierda).La hoja de la derecha es uno de los electrodos de metal-litio de la compañía.

La pesadilla de los vehículos eléctricos son las voluminosas y caras baterías. Una nueva empresa surgida del MIT (Instituto Tecnológico de Massachusetts, EEUU), SolidEnergy, afirma tener una solución: materiales capaces de aumentar la cantidad de energía que almacenan las baterías de ión-litio en un 30% o más, y de bajar los costes lo suficiente como para hacer que los vehículos eléctricos sean asequibles.

Recientemente, la start-up recaudó 4,5 millones de dólares (3,33 millones de euros) en su primera ronda de financiación empresarial. Está trabajando con A123 Venture Technologies, parte del fabricante de baterías A123 Systems, para ampliar la tecnología y llevarla al mercado.

SolidEnergy reemplaza el electrodo de grafito utilizado en las baterías de ión-litio convencionales por uno de metal-litio de alta energía. Esto ya se ha intentando antes, pero el metal tiende a causar cortocircuitos e incendios. Por tanto, la compañía también ha desarrollado mejoras en los electrolitos para hacerlos más seguros. Planea vender los materiales a los fabricantes de baterías, en lugar de fabricarlas por sí misma.

Hasta el momento, SolidEnergy ha creado células de batería pequeñas y construidas a mano, similares a las que te puedes encontrar en un teléfono móvil, utilizando equipos y expertos en un laboratorio de A123 Systems cerca de Boston (EEUU). (A123 Systems se declaró en quiebra el año pasado, y fue adquirida por la empresa china Wanxiang). Estas células experimentales almacenan un 30% más de energía que las baterías de ión-litio convencionales, pero la compañía calcula que el enfoque podría conducir a una mejora del 40%.

La primera aplicación de la tecnología probablemente sea en la electrónica portátil, afirma el cofundador y director de tecnología Qichao Hu. Las baterías de los vehículos eléctricos tardan más en desarrollarse, en parte debido a que necesitan durar una década, mientras que las baterías para la alimentación de aparatos electrónicos sólo necesitan durar unos pocos años (ver "Tesla está a la cabeza de la innovación en los coches eléctricos").

Los electrodos de metal-litio se utilizan en algunas baterías especiales hoy día, pero las medidas que utilizan los fabricantes de baterías para evitar cortocircuitos debilitan el rendimiento de las mismas y aumentan su coste de fabricación. Por lo general los investigadores reemplazan los electrolitos líquidos utilizados en las baterías de ión-litio convencionales por otros de polímeros sólidos, que son malos conductores de iones de litio y tienen que ser calentados para que funcionen correctamente.

SolidEnergy utiliza un electrolito de dos partes. En primer lugar, recubre el metal de litio con un polímero delgado, al igual que ocurre con los electrolitos sólidos que han usado otras compañías. La diferencia fundamental es que es muy delgado, por lo que no ralentiza los iones de litio, y no hace falta calentar la batería. El delgado polímero se puede aplicar con equipos convencionales de recubrimiento de electrodos, asegura Hu. Por sí solo, el delgado polímero no es suficiente para evitar un cortocircuito, por lo que se suplementa con un electrolito líquido.

A diferencia de los electrolitos líquidos convencionales, los que SolidEnergy utiliza, un tipo de lo que se conoce como líquido iónico, no son inflamables, lo que mejora la seguridad. En algunos incendios de baterías recientes y altamente publicitados, el componente que ardió fue principalmente el electrolito (ver "Los efectos del incendio de la batería de Tesla en los vehículos eléctricos").

SolidEnergy calcula que sus materiales pueden ser utilizados para hacer paquetes de baterías que cuesten 130 dólares (96 euros) por kilovatio-hora, una cifra que está en consonancia con los objetivos del Departamento de Energía de EEUU para hacer que los vehículos eléctricos sean asequibles. El coste de los paquetes de baterías se suele mantener en secreto, pero las estimaciones van desde 250 a 500 dólares (185 a 370 euros) por kilovatio-hora para los paquetes en los vehículos eléctricos comerciales.

Es difícil juzgar las afirmaciones de SolidEnergy puesto que no ha hecho público ninguno de los datos sobre sus células, afirma el profesor de física y química en la Universidad de Dalhousie (Canadá) Jeff Dahn. Señala que una cuestión importante es la cantidad de veces que las baterías puedan ser recargadas. Otro reto significativo será la reducción del coste de los electrolitos líquidos iónicos, que en parte resultan caros porque se fabrican a volúmenes bajos.

Fuente: http://www.technologyreview.es/read_article.aspx?id=44269

Las baterías de li-ion del Boeing 787, el después.

Tokio — La compañía aérea nipona Japan Airlines (JAL) indicó haber encontrado a finales de semana un pequeño problema en una batería de litio-ion de un Boeing 787 que no tuvo consecuencias, pero cuya causa se desconoce.

Durante el vuelo JAL 414 que cubría el trayecto entre Helsinki y Tokio el pasado 8 de noviembre "apareció una señal de anomalía de la batería auxiliar litio-ion en la cabina de mando", informó JAL en su página web.

Sin embargo, "la tensión y la corriente de la batería en cuestión permanecieron dentro de la horquilla normal", el avión continuó su vuelo y el problema no tuvo consecuencias, añadió la compañía.

"No se apreció ni humo ni señal de recalentamiento en la batería una vez que fue retirada tras la llegada al aeropuerto de Tokio-Narita", precisó JAL.

El análisis de la batería no mostró nada sospechoso.

Una vez se cambió la batería y el cargador, la señal luminosa de anomalía desapareció. Diversas pruebas permitieron verificar la vuelta a un funcionamiento normal.

Es la primera vez que JAL tiene un problema con las baterías del Boeing 787 desde que se reanudaron los vuelos de manera regular en junio, tras varios meses parados por un grave problema con estos dispositivos.

A principios y mediados de enero de 2013 se registraron dos graves casos de recalentamiento de las baterías en aviones Boeing 787 de JAL y de su compatriota All Nippon Airways (ANA).

Esto llevó a las autoridades mundiales a dejar en tierra los 50 Boeing 787 operativos en ese momento y al fabricante estadounidense a detener sus entregas.

Boeing revisó la concepción de la batería, del cargador y del dispositivo de protección que los rodea para minimizar los riesgos de recalentamiento e impedir cualquier conato de incendio.

Las autoridades aprobaron estas medidas técnicas y autorizaron a los Boeing 787 volar de nuevo a partir de finales de abril y las entregas se reanudaron a mediados de mayo.

Desde entonces, se han registrado varias decenas de problemas en diferentes equipos, obligando a los aviones a permanecer en tierra o dar media vuelta.

Fuente :Google.com

Litio-aire: otra nueva y prometedora apuesta. ¿Llegará a algún lado?

Una de las principales pegas que se le atribuyen a la poca introducción que han tenido los coches eléctricos es la baja autonomía de los mismos debido a que la tecnología de baterías con la que contamos ahora no permiten obtener autonomías similares a las que obtenemos con los actuales coches diésel.

IBM en conjunción con otros organismos de investigación ha desarrollado unas baterías basadas en tecnología litio-aire que prometen unas autonomías de unos 800 km por carga de vehículos eléctricos. Autonomía más que sobrada teniendo en cuenta que los trayectos medios diarios españoles no sobrepasan los 100 km.

Esta noticia parece dar un paso de gigante en lo que se refiere a la tecnología de baterías para movilidad por carretera ya que supone duplicar sobradamente la autonomía que consiguen los modelos más avanzados de Tesla Motors.

La tecnología Li-air se basa en un electrodo positivo formado por carbono a diferencia de las actuales baterías de litio ion que tienen óxidos metálicos. El caso es que el carbono del electrodo positivo reacciona con el oxígeno “ambiental” que lo rodea formando corrientes eléctricas. La ventaja de todo esto es que el electrodo positivo de carbono-oxígeno parece ser mucho más ligero que los actuales de óxidos metálicos. Esto permite almacenar mucha más energía con un peso mucho menor de las baterías.

Después de enumerar las ventajas de este sistema de almacenamiento también es de rigor decir cuál será el talón de Aquiles de esta prometedora tecnología. Si bien los aumentos de temperatura eran el principal problema de las baterías Li-ion, las baterías de Litio-Aire no soportan demasiado bien los ciclos de recarga debido a que los compuestos químicos en su interior pueden tener una degradación prematura. De todas formas, en IBM no se deben estar quedando quietos y ya buscan maneras de subsanar este grave inconveniente.

De hecho, aseguran que están próximos a dar con la solución al problema utilizando unos compuestos que eliminarían este indeseado efecto, eso si, no revelan de que tipo de compuestos se trata y prefieren guardarlos en secreto (como es lógico).

IBM ha esbozado un poco por encima las posibles prestaciones que se podrían alcanzar si su investigación llega a buen puerto. La tecnología Li-air promete, en teoría, 10 veces más densidad eléctrica que la actual de iones de litio, serán mucho más pequeñas y tendrán una vida estimada 5 veces mayor que las actuales.

La fecha de partida a todo esto: se fija 2013 como año para presentar un prototipo funcional de la tecnología, y ya en 2020 esto podría llegar a los mercados. Osea, que en 8 años podríamos ver estas baterías montadas en coches, teléfonos móviles, portátiles… De momento solo nos queda esperar y desear que esta noticia no sea otra “lista de intenciones” vacía.

Fuente: http://www.smartinthegrid.com/post/adios-a-las-baterias-li-ion-hola-litio-aire/

La creatividad como aliada - Negocios Baterileros

Hoy en día, cada vez resulta más necesario usar nuestra imaginación para el desarrollo de nuevos negocios. No hace falta estudiar ninguna carrera, pero sí dar soluciones a necesidades de forma creativa, viendo más allá de lo que generalmente conocemos. Os dejo un ejemplo, relacionado con  el mundo de las baterías, fragmento extraído del magnífico blog de Energicentro: Baterías y Energía, donde una idea innovadora resulta triunfar, y evidentemente si hasta bautizamos a los cargadores se denota que la ilusión es la base de la creatividad. Gracias Carlos por compartir esta gran historia:

Un señor me buscó, para consultarme sobre el negocio de alquiler de baterías y así cubrir la necesidad de poblaciones vecinas a Lima que no tenían luz. Una vela antes de la alza general de precios, costaba 20 céntimos. Con el alza, llegó a mas de dos soles. El planeaba alquilar la batería a 1 sol por día. La batería daría iluminación para un foco y un televisor. La batería se entregaría cargada, y una vez descargada, el usuario la llevaría a un punto de acopio cercano a su domicilio. El señor recogería las baterías descargadas y dejaría otras ya cargadas en los respectivos puntos de acopio.

Se echó pluma y comenzó el negocio, con 15 baterías (se vivían los días post alza). Pasó el tiempo y la flota de baterías creció hasta 800 unidades. Yo le dije al señor: Ninguna planta de baterías del Perú, procesa más de 300 unidades al día, y usted en su casa recarga más de 500 diarias. 

Yo le preparé cuatro cargadores para batería. Me invitaron a la ceremonia de bautizo de los mismos. Le pusieron un nombre a cada cargador, como si fueran toritos.

El señor actuó con honestidad. Se ganó a pulso la confianza de la gente. Fue nombrado padrino de innumerables ahijados, amén que siempre era considerado en las reuniones vecinales como uno más de ellos." 

Fuente: http://energicentro.blogspot.com.es/2013/04/carga-de-baterias.html

Las famosas baterías del BOEING 787

Por todos es sabido los últimos problemas de Boeing con las baterías de GS Yuasa (Subsidiaria de Lithium Energy Japan) debido a que han sufrido desde fugas de gas hasta incendio de la propia batería. Pues bien, la química de cátodo escogida por LEJ es óxido de cobalto, considerada una de las más inestables térmicamente y potencialmente más susceptibles de causar incidentes. Al parecer por lo que deduzco de la foto son 4 grupos de celdas cilindricas de 3,7 V 65 Ah, lo que nos da una tensión nominal de 60 V (suponiendo que vayan todas seriadas) y 65 Ah por cada batería, casi 4kWh. Actualmente estas celdas, si no existe ningún defecto de fabricación, deben de comportarse sin problema gracias a la electrónica que incorporan que no permite que alcancen voltajes ni temperaturas peligrosos para las mismas. Por ello la importancia de un sistema de control fiable. Pero, ¿cómo es posible que esto ocurra en un sector como la aviación donde los requisitos de seguridad son máximos?. El nivel de exigencia de estos sectores en cuanto a diseño de protecciones creo que es muy alto, incluyendo incluso redundancia en los microcontroladores que monitorizan las celdas, en los chipsets de control de comunicaciones e incluso en elementos de corte (MOSFETs, etc). Además, siendo una batería auxiliar...

Para vuestra información, esta química es también muy utilizada en ordenadores portátiles, gadgets y demás (seguramente un cm por debajo de donde estoy escribiendo esto tengo celdas 18650 de LiCo2O4) e incluso el TESLA Roadster utiliza esta química. Potencialmente inestable, pero con muchas y muy buenas prestaciones una vez bien controlada.

LEJ al parecer también fabrica las baterías para el Mitsubishi i-MieV.

Link de Yuasa con el DS de la batería
http://www.gsyuasa-lp.com/aviation-lithium-batteries

Link del fabricante
http://lithiumenergy.jp/en/index.html