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La gama limitada de vehículos eléctricos, la mayoría de los cuales alcanzan un máximo de 380 millas, es uno de los obstáculos predominantes para la adopción generalizada de vehículos eléctricos. Los fabricantes e investigadores de automóviles a menudo buscan tres soluciones para el problema de la autonomía: sistemas automotrices energéticamente eficientes, técnicas mejoradas de recarga de baterías o baterías de mayor capacidad.

Rango para algunos vehículos eléctricos populares actualmente en el mercado. Imagen utilizada por cortesía de Car and Driver

Esta semana, General Motors (GM) invirtió significativamente en la tercera solución, baterías de mayor capacidad, como la respuesta de la compañía a los vehículos eléctricos de largo alcance. Si bien los fabricantes de vehículos eléctricos de la competencia como Tesla han apuntado a baterías de mayor capacidad mediante la modificación de la arquitectura de las baterías de iones de litio, la solución de GM es alejar por completo la I + D de las de iones de litio.
En cambio, el gigante automotriz está optando por desarrollar baterías con litio-metal con la esperanza de crear una batería de mayor capacidad y menor costo. ¿Cuáles son las ventajas de las baterías de metal de litio para vehículos eléctricos en comparación con las baterías de iones de litio? ¿Y por qué los fabricantes no han adoptado esta tecnología de manera significativa hasta ahora?

Baterías de metal de litio frente a baterías de iones de litio

Las baterías de metal de litio funcionan con principios similares a los de las baterías de iones de litio.
En una batería de iones de litio, el ánodo y el cátodo están separados por un separador "humedecido" con un electrolito para promover el movimiento de iones de litio entre el ánodo y el cátodo. El separador aísla el ánodo y el cátodo para evitar un cortocircuito y, al mismo tiempo, permite que solo las baterías de litio pasen a través del electrolito. Esto crea una corriente funcional.
En una batería de litio, el ánodo normalmente está hecho de grafito, mientras que el cátodo está compuesto de óxido de litio y cobalto.

Principio de funcionamiento de iones de litio. Imagen utilizada por cortesía de Battery University.

Las baterías de metal de litio funcionan de la misma manera, pero en lugar de usar un ánodo de grafito, usan un metal de litio de alta energía.
Según los investigadores de la Universidad Estatal de Washington, el metal de litio se considera un "material de ensueño" para las baterías debido a que, de todos los materiales sólidos conocidos, tiene la densidad de energía más alta. De hecho, una batería de metal de litio puede almacenar al menos un 33% más de energía por libra que las baterías de litio, lo que produce baterías con mayor capacidad y menor peso.

Desafíos para las baterías de metal de litio

Si bien el metal de litio suena como un claro candidato para los desarrolladores de vehículos eléctricos, la preocupación por la seguridad de la batería ha sido una limitación importante.
Al transferir iones de litio entre el ánodo y el cátodo, una batería de metal de litio es más propensa a las dendritas, estructuras sólidas en forma de aguja que se forman en el metal de litio. Si no se controla, las dendritas eventualmente atravesarán el cátodo, provocando un cortocircuito en la batería y arriesgando la combustión del electrolito de la batería.

La formación de dendrita puede perforar el cátodo y provocar un cortocircuito. Imagen utilizada por cortesía de MSE Supplies

Incluso si la batería no se incendia, las dendritas pueden aumentar la autodescarga, lo que significa que las baterías de metal de litio pierden su capacidad de almacenar cargas durante mucho tiempo. Debido a estas deficiencias, los fabricantes en su mayoría han renunciado a este tipo de batería en favor de su prima más establecida, la batería de iones de litio.
Sin embargo, con más investigación e inversión en baterías de metal de litio en los últimos años, la tecnología parece estar regresando.

GM apuesta por el metal de litio

Hace seis años, GM invirtió en una startup llamada SolidEnergy Systems (SES), una empresa que investiga nuevas formas de desarrollar y fabricar baterías de metal de litio que sean realmente seguras de usar. Ahora, las empresas han anunciado un acuerdo de desarrollo conjunto, parte del cual implica un plan para construir una línea de fabricación de prototipos en Woburn, Massachusetts.

Prototipo de batería de metal de litio de GM. Imagen utilizada por cortesía de Steve Fecht y GM

Si bien la mayor parte de la información aún se mantiene en secreto, ambas compañías están trayendo su propia propiedad intelectual de metal de litio a la mesa, y solo GM posee 49 patentes y espera 45 patentes pendientes. GM afirma que ya ha desarrollado una batería de metal de litio con un ánodo protegido, que ha completado más de 150.000 millas de prueba en una instalación de investigación.
Esta asociación tiene como objetivo acelerar la I + D de metal de litio en ambas compañías con la eventual esperanza de sacar a la luz una batería comercial para 2023.