Las baterías de iones de litio tardaron décadas en perfeccionarse, y solo décadas después estamos reconociendo todo su potencial. En la actualidad, las baterías de iones de litio se utilizan en teléfonos celulares, computadoras portátiles, dispositivos médicos y vehículos eléctricos en todo el mundo. Las baterías de iones de litio además se usan para la energía renovable, dado que pueden almacenar la energía de las fuentes intermitentes como la energía eólica y solar. Durante su desarrollo, las baterías de iones de litio desafiaron a los científicos a maximizar el desempeño de las baterías, además de reducir el riesgo de reacciones adversas. Los científicos de baterías de la actualidad deben desarrollar sobre los descubrimientos anteriores, al tiempo que mejoran las características de las baterías que generen progreso en las principales áreas de aplicación.

Debido a la importancia de la tecnología de las baterías de iones de litio, se otorgó el Premio Nobel en química 2019 a los científicos John B. Goodenough, M. Stanley Whittingham y Akira Yoshino por el desarrollo de la batería de iones de litio. Cada uno de los científicos contribuyó hallazgos que hicieron avanzar a las baterías de iones de litio hasta que se comenzaron a usar en forma masiva en la forma en que conocemos actualmente. Comenzaron con el elemento de litio (número atómico 3) que tiene un electrón sin emparejar que tiende a perder y a convertirse en un ion de carga positiva. Esta tendencia a perder un electrón ofrece un alto potencial para las aplicaciones de batería y permite que la energía fluya a través de una celda de batería desde el ánodo hasta el cátodo. La densidad de alta energía de iones de litio es también ideal para dispositivos portátiles pequeños, como teléfonos celulares y computadoras portátiles.  Por último, los iones de litio se volverán a mover fácilmente hacia el ánodo durante la carga, para facilitar la recarga. Los galardonados aprovecharon con éxito las ventajas de los iones de litio y comenzaron a generar soluciones para aprovechar su energía, además de controlar la volatilidad del material. 

Whittingham completó por primera vez un prototipo de nuestra batería de iones de litio moderna a mediados de 1970, cuando descubrió el disulfito de titanio como un cátodo. La batería de Whittingham ofrecía tanto, así como 2 voltios, pero era propensa a prenderse fuego. En 1980, Goodenough reemplazó el disulfito de titanio con óxido de litio-cobalto para duplicar la capacidad de la batería a 4 voltios; no obstante, los problemas de inflamabilidad persistían. Más tarde, en la década del 80, Yoshino remplazó el ánodo de metal con coque de petróleo que mantenía un alto voltaje, además de hacer que la batería sea más segura.  

La batería de iones de litio resultante de sus hallazgos es liviana, recargable y muy potente. Esta batería hizo posible nuestro mundo de dispositivos electrónicos móviles, y bicicletas y automóviles electrónicos. Por supuesto, tal como lo resaltan los miembros del comité Nobel, el avance científico nunca se termina. Los investigadores continúan mejorando la tecnología de la batería de iones de litio y de otras baterías en nuestra transición hacia la energía recargable y renovable.  

Los desarrolladores de baterías de la actualidad siguen teniendo la tarea de equilibrar la seguridad y la energía, al igual que los tres inventores de baterías de iones de litio mencionados anteriormente. No obstante, otros factores pasaron a ser centro de atención, debido a la manera en que usamos las baterías.  

Los fabricantes de dispositivos electrónicos de consumo están más preocupados por la densidad energética de las baterías de iones de litio o en cuánta energía pueden almacenar en un formato liviano. Los fabricantes de teléfonos celulares y computadoras portátiles están buscando permanentemente actualizaciones de baterías que pueden retener más carga, al tiempo que continúan realizando productos portátiles livianos. También enfatizan el tiempo de ejecución de las baterías, de manera que los consumidores puedan usar los dispositivos por más tiempo en una sola carga. 

En los vehículos electrónicos se valora el tiempo de ejecución sobre todo lo demás; si un automóvil eléctrico debe cargarse con más frecuencia de lo que se debe recargar combustible en los automóviles convencionales, no resulta una inversión atractiva para los consumidores. Además, los autobuses electrónicos, los camiones de carga y la aviación requieren incluso tiempos de ejecución más extensos. El transporte electrónico también requiere un ciclo de vida sólido para que las baterías de iones de litio se puedan recargar miles de veces antes de degradar o perder su capacidad. 

Las baterías de iones de litio se están usando cada vez más para respaldar el almacenamiento de energía que respete el medio ambiente. En esta capacidad, las baterías de iones de litio deben contar con un ciclo de vida extenso para maximizar su impacto. Estas baterías no deben ser portátiles, dado que están fijas en su lugar, cerca de la generación de energía y no necesitan tiempos de ejecución prolongados, dado que se recargan con frecuencia mediante energía solar y eólica. 

En todas las áreas de aplicación, las baterías de iones de litio deben ser seguras. Ya sea que estén en un depósito almacenando energía proveniente de las turbinas de viento o enviando energía a su vehículo eléctrico, no pueden poner en el peligro nuestro ambiente ni a los usuarios con alta inflamabilidad. 

Los científicos dedicados a las baterías de iones de litio tienen una lista creciente de demandas que satisfacer, y simplemente repetir los éxitos del pasado no es suficiente. Las nuevas baterías deben superar en capacidades a las anteriores, además de mejorar el rendimiento y la seguridad.  

La principal amenaza para la seguridad de las baterías de iones de litio es el calor. Al sobrecalentarse los componentes de la batería, ya sea por altas temperaturas en el ambiente o por reacciones electroquímicas internas, puede generar reacciones de fuga térmica y provocar una combustión o falla catastrófica. Por lo tanto, los investigadores que trabajan con baterías recurren al análisis térmico para medir el rendimiento de la batería con un amplio rango de temperaturas. Los datos provenientes del análisis térmico fundamentan la selección de materiales, diseño y modificación aditiva para lograr la configuración más segura.  

Otros instrumentos de análisis de materiales populares para las baterías de iones de litio incluyen a los reómetros y microcalorímetros. La reología es el estudio de los flujos y la deformación de los materiales. Los reómetros ayudan a los científicos a generar iodos y revestimientos de electrodos con viscosidades ideales para almacenamiento, combinación, recubrimiento y secado óptimos. La microcalorimetría mide el menor calor generado durante un proceso de electroquímica o fisicoquímica. Los microcalorímetros ayudan a los desarrolladores de baterías a optimizar la gestión de calor, las evoluciones estructurales y el aislamiento del calor de las reacciones parasíticas.  

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