Desde que se comercializaron en la década de 1990, las baterías de iones de litio (LIB) han sido ampliamente adoptadas como el principal sistema de almacenamiento de energía en muchas aplicaciones, como la electrónica portátil.
Durante las últimas tres décadas, la tecnología se ha desarrollado progresivamente mejorando sus propiedades y, en particular, buscando valores de densidad energética más altos en la práctica. Esta mejora, junto con la necesidad de una transición global hacia un modelo de movilidad más sostenible, ha hecho que las LIBs sean también la mejor opción para los vehículos eléctricos (EVs). Sin embargo, el desarrollo de las LIBs está alcanzando los límites teóricos, lo que significa que es necesario desarrollar tecnologías de baterías alternativas para satisfacer las demandas de rendimiento de la industria del automóvil.
Hay varias opciones sobre la mesa, entre las que destacan las baterías de litio-metal (LMB) por la mayor densidad energética gravimétrica y volumétrica que ofrece el ánodo de litio-metal (LMA) como electrodo negativo.
Sin embargo, los LMB no están libres de sus propias limitaciones. Más allá de los retos en cuanto a la constante degradación del LMA en los electrolitos líquidos convencionales durante el funcionamiento de la célula, que limita la vida útil de los LMB, el uso de litio metálico suscita problemas de seguridad y dificultades para el procesamiento durante el montaje de la célula. En caso de mal funcionamiento o evento térmico de la célula, la presencia de litio metálico haría más peligroso el proceso, como ya se demostró cuando los LMB fueron retirados del mercado tras su comercialización inicial en la década de 1980.
Además, las propiedades químicas y mecánicas del litio metálico hacen que la manipulación de este material sea difícil y costosa.
Por lo tanto, el desarrollo de LMB sin litio metálico en el electrodo negativo cuando se ensambla la celda sería muy deseable desde el punto de vista de la fabricación, y muy prometedor desde el punto de vista de la comercialización y la aplicación. Este concepto, conocido como sin ánodo, ha atraído últimamente la atención de la comunidad de baterías.
¿Cómo pueden funcionar las pilas sin el ánodo?
Los cátodos de intercalación convencionales utilizados en las LIBs contienen la fuente de litio en su estructura cuando se ensambla la célula. Lo mismo ocurre con los cátodos de intercalación que se están desarrollando para las próximas generaciones de LIBs (incluyendo configuraciones líquidas y sólidas), que también son la opción habitual para las LMB.
A pesar de la existencia de algunas excepciones (tecnologías como las baterías Li-S o Li-aire), esto significa que la LMA funciona en realidad como un depósito de litio adicional para compensar las pérdidas de litio originadas por las ineficiencias durante el funcionamiento electroquímico de las LMB. Por lo tanto, si se mejora considerablemente la eficiencia, se eliminaría la necesidad de una fuente adicional de litio y, por lo tanto, se podrían montar y hacer funcionar células sin ánodo durante un ciclo de vida prolongado.
Ventajas de las baterías sin ánodo
Las baterías sin ánodo ofrecen una amplia gama de ventajas que las convierten en una alternativa muy atractiva a las LMB. En primer lugar, el hecho de evitar la LMA maximiza la densidad energética gravimétrica y volumétrica, ya que no hay exceso de litio en la celda. Como se ha mencionado anteriormente, la fuente de litio se encuentra en el cátodo y la capa de litio metálico se deposita in situ en la célula durante el proceso de carga en el ciclo.