En los últimos 25 años, la autonomía máxima de un vehículo eléctrico con una sola carga ha pasado de unos 260 kilómetros a poco más de 800 kilómetros. Cada vez más, estos paquetes de baterías avanzadas también han comenzado a almacenar energía de la red o de fuentes renovables para abastecer hogares o empresas. No es de extrañar, entonces, que el mercado mundial de baterías para automóviles haya superado los 50.000 millones de dólares al año y que haya una presión cada vez mayor para producir una mayor cantidad de baterías aún mejores. Ahora, varias empresas están aplicando una técnica química bien establecida llamada deposición de capas atómicas (ALD) para recubrir los electrodos de las baterías con óxidos o nitruros metálicos, lo que, según afirman, mejora tanto la capacidad energética como la vida útil de las baterías de iones de litio. Entre las empresas, entre ellas Forge Nano, con sede en Thornton, Colorado, Picosun (una subsidiaria de propiedad absoluta de Applied Materials, con sede en Santa Clara, California) y Beneq, en Espoo, Finlandia, están aprovechando la técnica, que se desarrolló originalmente en la década de 1960. Después de años de perfeccionar sus respectivos procesos, estas empresas ahora esperan hacerse un hueco en los mercados de baterías para vehículos eléctricos y teléfonos inteligentes dominados por gigantes como CATL, Panasonic y Samsung. De las tres, Forge Nano parece tener la tecnología más desarrollada. Recientemente anunció que su filial, Forge Battery, ha comenzado a enviar muestras de un prototipo de celda de batería hecha con materiales recubiertos con ALD a los clientes para que las prueben. La empresa dice que su fórmula ALD patentada, a la que llama Atomic Armor, hace que los electrodos de las baterías almacenen mejor la energía y las ayuda a durar más. ¿Qué contiene una batería de iones de litio? Las baterías que se encuentran en los vehículos eléctricos y los teléfonos inteligentes actuales constan de tres componentes principales. El ánodo, o electrodo negativo, generalmente hecho de grafito, es donde se almacenan los iones de litio durante el proceso de carga. El cátodo (electrodo positivo) está hecho de un óxido de litio y metal, como el óxido de litio y cobalto o el fosfato de litio y hierro. Luego está el electrolito, que es una sal de litio disuelta en un disolvente orgánico que permite que los iones de litio se muevan entre el ánodo y el cátodo. También es importante el separador, un material semiporoso que permite el movimiento de iones entre el cátodo y el ánodo durante la carga y la descarga, pero bloquea el flujo de electrones directamente entre los dos, lo que provocaría un cortocircuito rápido en la batería. Forge Nano deposita un revestimiento de cátodo para las celdas de batería de I+D. Forge Nano, al recubrir los materiales que forman el ánodo, el cátodo y el separador a nivel molecular, dicen estas empresas, mejora el rendimiento y la durabilidad de las baterías sin un aumento apreciable en su peso o volumen. Las películas se forman mediante una reacción química entre dos sustancias precursoras gaseosas, que se introducen en el sustrato por turnos. La primera reacciona con la superficie del sustrato en los sitios activos, los puntos de las moléculas precursoras y en la superficie del sustrato donde los dos materiales se unen químicamente. Luego, después de que todo el gas precursor que no reaccionó se bombea hacia afuera, se introduce el siguiente precursor y se une con el primero en sus respectivos sitios activos. La tecnología ALD es autoterminante, lo que significa que cuando todos los sitios activos están llenos, la reacción se detiene. La película forma una capa atómica a la vez, por lo que su espesor se puede ajustar con precisión tan fina como unas pocas décimas de nanómetro simplemente cortando la exposición del sustrato a los precursores una vez que se alcanza el espesor de recubrimiento deseado. En una batería de iones de litio convencional, con un ánodo de grafito, se agrega silicio (y a veces otros materiales) al grafito para mejorar la capacidad del ánodo para almacenar iones. La práctica aumenta la densidad de energía, pero el silicio es mucho más propenso a reacciones secundarias con el electrolito y a la expansión y contracción durante la carga y descarga, lo que debilita el electrodo. Finalmente, la degradación mecánica disminuye la capacidad de almacenamiento de la batería. La tecnología ALD, al recubrir las moléculas del ánodo con una capa protectora, permite una mayor proporción de silicio en el ánodo, al mismo tiempo que inhibe los ciclos de expansión-contracción y, por lo tanto, ralentiza la degradación mecánica. El resultado es una batería más ligera y con mayor densidad energética que es más duradera que las baterías de iones de litio convencionales. Picosun afirma que su tecnología ALD se ha utilizado para crear ánodos de óxido de níquel recubiertos con más del doble de capacidad de almacenamiento de energía y tres veces la densidad energética de los que dependen del grafito tradicional. ¿Qué tan grande es el beneficio? Forge Nano dice que, aunque las pruebas y la validación de terceros están en marcha, es demasiado pronto para hacer declaraciones definitivas sobre la vida útil de las baterías mejoradas con recubrimiento. Pero un portavoz de la empresa dijo a IEEE Spectrum que los datos que ha recibido hasta ahora indican que la energía específica mejora en un 15 por ciento en comparación con las baterías comparables que se encuentran actualmente en el mercado. La empresa ha hecho una gran apuesta a que todos los actores de la cadena de producción de baterías (desde los fabricantes de ánodos y cátodos hasta los proveedores de baterías de primer nivel e incluso los fabricantes de vehículos eléctricos) considerarán su apuesta por la ALD como un paso imprescindible en la fabricación de baterías. Forge Battery está construyendo una gigafábrica de 25.700 metros cuadrados en Carolina del Norte que, según afirma, producirá 1 gigavatio-hora de sus celdas de iones de litio mejoradas con Atomic Armor y baterías terminadas cuando entre en funcionamiento en 2026. Artículos de su sitio Artículos relacionados en la Web