La startup de baterías Amprius afirma que ha desarrollado unas baterías capaces de almacenar el doble de energía que cualquiera de las que hay actualmente en el mercado, gracias a unos electrodos de silicio nanoestructurado.
Los dispositivos electrónicos portátiles podrían funcionar un 40 por ciento más de tiempo usando un nuevo tipo de ánodo.
Este nuevo avance tiene su principal punto de mira al vehículo eléctrico.


La empresa indica que se está asociando con varios grandes fabricantes de electrónica de consumo todavía sin nombrar para llevar las baterías al mercado a principios de 2012. Estas baterías permitirán que los dispositivos electrónicos puedan funcionar un 40 por ciento más de tiempo sin necesidad de una recarga.


Amprius también afirma que está trabajando con varios importantes fabricantes de automóviles que están evaluando los materiales del electrodo para su uso en baterías para vehículos eléctricos. La empresa aún no ha revelado estos socios comerciales, tampoco.


Un empujón a las baterías: los ánodos de batería de nanocables de silicio de Amprius se fabrican dentro de una cámara de vacío (imagen superior). La empresa los ha combinado con cátodos de iones de litio y electrolitos convencionales para crear baterías que almacenan el doble de energía que las que se encuentran en el mercado actualmente (imagen inferior).
Fuente: Amprius 

Cuando se está cargando una batería de iones de litio, éstos se mueven del cátodo al ánodo, mientras que los electrones entran a través de un circuito eléctrico externo. El proceso se invierte durante la descarga. Cuánto más litio puede aceptar el ánodo, más energía total puede almacenar la batería, y más tiempo puede durar. Durante los últimos 30 años, las baterías de iones de litio han utilizado ánodos de carbono. Sin nuevos materiales, el almacenamiento de energía total de estas baterías ha mejorado sólo en un 7 por ciento cada año debido a mejoras incrementales de ingeniería.

El silicio tiene una capacidad teórica de almacenamiento de litio 10 veces mayor que el carbono usado para hacer los ánodos de la batería, pero ha sido difícil para los investigadores convertirlo en un electrodo de batería práctico. A medida que grandes cantidades de iones de litio entran y salen del material durante la carga y la descarga, el silicio se hincha y se agrieta.

En 2007, Yi Cui, profesor de ciencia e ingeniería de materiales de la Universidad de Stanford, demostró que unas películas de silicio nanoestructurado pueden ser cargadas y descargadas de litio sin experimentar estos problemas mecánicos, lo que lo convierte en un potencial material de ánodo que podría llegar a duplicar el almacenamiento de energía de las baterías de litio.


En los 18 meses posteriores a la fundación de Amprius, los investigadores de la empresa se han basado en la investigación de Cui y han demostrado que los ánodos de silicio pueden ser usados en baterías prácticas. Para fabricar los ánodos de las baterías se utilizan nanocables de silicio, los cuales se encuentran dispuestos verticalmente y ligados pero siguen siendo flexibles.

A medida que los nanocables incorporan litio, pueden hincharse y doblarse para acomodarlo, sin romperse. Sin embargo, esto no es lo suficientemente estable mecánicamente. Amprius ha abordado este problema dando a los nanocables una fina base de refuerzo de metal que la empresa compara con las barras de refuerzo de la construcción (el puntal de acero utilizado para reforzar las estructuras de hormigón). Esta “barra de refuerzo” impide que el ánodo se expanda o contraiga demasiado. En las pruebas, estos ánodos de silicio pueden almacenar tres veces más energía que los ánodos de carbono por un mismo peso de material.

Los prototipos de baterías han sido probados durante 250 ciclos de carga y se ha demostrado que pueden almacenar el doble de energía que una batería convencional. Sin embargo, para ser un serio contendiente para su uso en vehículos eléctricos, las baterías tendrán que ser probadas durante 3.000 ciclos de carga, comenta Ryan Kottenstette, director de desarrollo de negocio de la empresa.


El director general de Amprius, Kang Sun, afirma que la empresa se está volcando agresivamente en llevar sus baterías a los vehículos eléctricos. «Hemos tenido que apresarnos, ya que la electrificación está avanzando más rápido de lo que se pensaba», indica él. Sun, ex presidente del fabricante solar chino JA Solar, observa que ya hay cerca de 80 fabricantes de vehículos eléctricos en China. «Tenemos que ser rápidos», señala él. La empresa espera divulgar algunas asociaciones con fabricantes de automóviles en los próximos meses.


Los ánodos de carbono convencionales se fabrican mediante grandes sistemas de rollo a rollo. Kottenstette reconoce que la técnica de deposición de vacío usada para los nanocables de silicio será más cara. Sin embargo, una vez que los posibles problemas de fabricación sean superados, la empresa espera que el aumento en la capacidad de almacenamiento compense el mayor coste. La empresa también está trabajando en un sistema rollo a rollo de deposición de vapor. «Hacerlo compatible con los procesos actuales es importante para nosotros», indica Kottenstette.

Fuentes: TechnologyReview ,  Amprius


—
La industria ya se dirige seriamente hacia la movilidad eléctrica. Se están tomando posiciones estratégicas en la línea de salida, para la gran carrera… del coche eléctrico.

—