Un nuevo diseño del cátodo podría dar lugar a unas baterías que almacenen el doble de energía que las baterías para automóviles eléctricos actuales.Una empresa californiana llamada Envia Systems está desarrollando una batería que promete almacenar el doble de energía que las baterías de iones de litio—las que se utilizan en los coches eléctricos híbridos.
Envia ha recibido inversiones de General Motors, que podría ser uno de los mayores compradores de baterías de iones de litio para automóviles en los próximos años gracias a una serie planificada de vehículos eléctricos incluyendo el Chevy Volt. El mes pasado, el brazo de capital riesgo del fabricante de automóviles, GM Ventures, anunció una inversión de 7 millones de dólares en la nueva startup.
Envia afirma que sus baterías podrían reducir el coste de los vehículos eléctricos mediante la reducción de la cantidad de metales costosos y la disminución del número de células necesarias para almacenar una determinada cantidad de energía en la batería de un vehículo. En las baterías actuales, existe un desequilibrio entre los dos electrodos: los ánodos están preparados para aceptar mucha más carga de la que los cátodos son capaces de suministrar. Las baterías de Envia utilizan un cátodo rico en manganeso, lo que les permite suministrar una mayor carga..
Elton Cairns, profesor de ingeniería química de la Universidad de California, en Berkeley, señala que un cátodo de manganeso realmente debería contribuir a reducir el coste de una batería. "La mayoría de las baterías de óxido contienen cobalto, que es caro", indica él. Sin embargo, ya existen algunas baterías que poco o nada de cobalto.
La receta de Envia implica el uso de cátodos de gran capacidad ricos en magnesio con una estructura compuesta por capas dentro de capas (fabricado con dos componentes en capas diferentes) basado en la tecnología licenciada por Argonne National Laboratory.
Según el presidente de GM Ventures, Jon Lauckner, GM, Envia, y otras empresas han obtenido las licencias de diferentes patentes de una "familia" de tecnologías relacionadas con los compuestos ricos en manganeso y los cátodos de capas dentro de capas.
La versión actual del Volt de GM utiliza baterías de iones de litio fabricadas con cátodos de espinela de litio y manganeso ("espinela" se refiere a la disposición tridimensional de los átomos en el material). El material del cátodo consta de componentes activos, a través de los cuales se mueven los iones de litio cuando la batería está cargada o descargada, y de otros inactivos, que ayudan a estabilizar el material activo y prolongan la vida útil de la batería, una cualidad vital para las baterías de automóviles eléctricos.
El cátodo de Envia utiliza materiales relativamente baratos. Aunque el "coste está en el mismo campo que actualmente usan los fabricantes de teléfonos", indica Lauckner, el material podría proporcionar una mejora de un tercio de la densidad de energía a nivel celular en comparación con lo que hay disponible en el mercado actual. Esta cifra se basa en datos de un prototipo que Envia ha diseñado para una aplicación específica de un vehículo de GM.
Envia también ha comenzado a trabajar en ánodos de más alta densidad de energía, con una subvención de 4 millones de dólares de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada del Departamento de Energía de los EE.UU.. El año pasado, en colaboración con Argonne, Envia se propuso desarrollar ánodos de nanocompuestos de silicio-carbono con la idea de integrarlos con los cátodos de alta capacidad, y también inventarse un proceso para aumentar la producción de grandes cantidades.
Durante los próximos tres años, Envia espera desarrollar una batería para vehículos eléctricos. "Vamos a impulsar la densidad de energía tan alto como sea posible" ajustando variables como las capas, la porosidad y la composición del material, afirma el cofundador y responsable de desarrollo de negocio de Envia, Sinkula Michael. El pasado diciembre, el Consorcio de Baterías Avanzadas de los EE.UU. (una coalición entre Chrysler, Ford y General Motors) adjudicó a Envia un contrato de 3,65 millones de dólares para llevar a cabo esta iniciativa.
En última instancia el objetivo de Envia es construir una batería que tenga una capacidad de más de 400 vatios hora por kilogramo, el triple que las baterías actuales para vehículos, según Sinkula. En la actualidad, comenta él, los mejores resultados de laboratorio de Envia están consiguiendo más de 300 vatios-hora por kilogramo. Sin embargo, Sinkula cree que con un nuevo material para el ánodo que coincida con el potencial del cátodo de la empresa, se conseguirá el objetivo final.
"Si estos 300 son reales", comenta Cairns ", se trataría de una mejora significativa." Sin embargo, él señala que estos resultados tienen que ser demostrado y verificados por un tercero. Incluso superada una verificación independiente, aún colgará un gran signo de interrogación sobre la promesa de Envia de ofrecer una mejor batería hasta que ésta empiece la producción de baterías en grandes cantidades. Cairns señala que hasta que haya "un cierto nivel de producción industrial de muchos miles de células al año—realmente no dispondrán de la oportunidad de probar la batería bajo todo tipo de condiciones", tales como las temperaturas altas y bajas y la carga rápida, que una producto comercial tendrá que soportar.
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