Batería de grafeno vs batería de iones de litio: explicación técnica

Casi todos los dispositivos electrónicos portátiles de hoy en día, ya sean nuestros teléfonos inteligentes o vehículos eléctricos, vienen equipados con las baterías de iones de litio ampliamente utilizadas. Tienen una carga limitada, son bastante voluminosos, necesitan cargarse con frecuencia y tienen una vida útil modesta. Es por eso que los investigadores han estado trabajando arduamente para dar paso a la alternativa más comentada a las baterías de iones de litio, es decir, la batería de grafeno.

Se dice que las baterías de grafeno son la alternativa absoluta a nuestras baterías de iones de litio de generación actual. Las baterías de grafeno son bastante ligeras, avanzadas y potentes. Se ha descubierto que el grafeno es un material superior, ya que no solo tiene una mayor conductividad eléctrica y térmica, sino que también es bastante liviano, flexible y duradero. Por lo tanto, las baterías de grafeno se han estado desarrollando durante muchos años y se espera que se generalicen en los próximos años.

Entonces, si tiene curiosidad sobre el grafeno, las baterías de grafeno y cómo se diferencian de sus baterías de iones de litio estándar, entonces ha aterrizado en el lugar correcto. Aquí está todo lo que necesita saber sobre las baterías de grafeno:

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Nota: Este artículo involucra el uso de mucha terminología científica y química, pero hemos tratado de simplificarlo lo más posible para su comprensión.

¿Qué es el grafeno? ¿Cuáles son sus Beneficios?

En lugar de sumergirnos directamente en el mundo de las baterías de grafeno, primero déjame hablarte sobre el grafeno en sí. Apuesto a que la mayoría de nosotros aprendimos en la escuela que el carbono existe en muchas formas diferentes en la Tierra, desde el grafito hasta el diamante. Bueno, eso sucede debido a la variada disposición de los átomos de carbono en diferentes materiales. Lo mismo es cierto para el grafeno.

El grafeno es una estructura bidimensional (2D), donde los átomos se disponen planos para formar anillos de carbono hexagonales como un panal. La estructura tiene apenas un átomo de altura y es uno de los descubrimientos más interesantes de los últimos tiempos, gracias a sus propiedades. Aunque el grafeno es extremadamente delgado, liviano y casi transparente, este material se conoce como más fuerte que el diamante y el acero. Es súper fuerte y también es un gran conductor de electricidad.

La estructura hexagonal plana facilita que la electricidad fluya con poca resistencia, ofreciendo una mejor conductividad eléctrica y térmica mejor que el cobre, el metal más conductor. No necesita ninguna condición especial para el mismo, ya que el grafeno ofrece una conductividad notable a temperatura ambiente, lo que lo convierte en uno de los materiales perfectos para la creación de baterías de próxima generación.

Baterías de grafeno: ¿en qué se diferencian de las baterías de iones de litio?

La estructura interna de una batería de grafeno es bastante similar a la de un paquete estándar de baterías de iones de litio. Tiene 2 electrodos y una solución de electrolito para permitir el flujo de carga, pero aquí hay una diferencia notable. Uno de los electrodos de las baterías basadas en grafeno, principalmente el cátodo, se reemplaza con un material compuesto híbrido (metal de estado sólido + grafeno) que se usa en lugar de un metal de estado sólido estándar.

Si bien las baterías de grafeno demostrarían ser mucho mejores que las baterías de iones de litio muy pronto, los investigadores ahora están tratando de mejorar el rendimiento de la batería para las baterías existentes que usan grafeno. Podrían capitalizar la conductividad de este material y el área de superficie más grande en el ánodo para optimizar las baterías de iones de litio.

También se sabe que los investigadores están trabajando en materiales híbridos como el óxido de vanadio (VO2) y el grafeno, que también podrían ser útiles para mejorar la optimización de la batería, la carga y descarga rápidas de la batería.

Beneficios de usar una batería de grafeno

La batería de grafeno es una tecnología nueva, pero eso no significa que no haya sido probada. Los fabricantes han dedicado bastante tiempo a la investigación de baterías de grafeno y por qué no lo harían, especialmente cuando es superior a las baterías de iones de litio que usamos en este momento. Entonces, echemos un vistazo rápido a los beneficios de usar una batería de grafeno:

  • Batería más pequeña y delgada: ya hemos discutido cómo el grafeno es liviano. Es cuando apilas 3 millones de capas de grafeno es que obtienes 1 mm de espesor. Quiero decir, eso debería ser suficiente para decirle que las baterías de grafeno no ocuparán mucho espacio en su futuro teléfono inteligente. Permitirá a los fabricantes colocar baterías de mayor capacidad en sus teléfonos, tabletas, computadoras portátiles y más.
  • Mayor capacidad: el grafeno tiene una mayor densidad de energía en comparación con las baterías de iones de litio. Donde se sabe que este último almacena hasta 180 Wh por kilogramo, el grafeno es capaz de almacenar hasta 1000 Wh por kilogramo. Por lo tanto, puede tener un paquete de baterías de grafeno de mayor capacidad del mismo tamaño que la batería de iones de litio.

  • Tiempos de carga más rápidos: el grafeno es un potente conductor de energía eléctrica ya que la estructura de panal no ofrece ninguna resistencia al flujo de electrones. Por lo tanto, puede cargarse rápidamente y, al mismo tiempo, brindarle una mayor duración de la batería en comparación con las baterías de iones de litio.
  • Gestión térmica: sí, es posible que no lo hayas adivinado, pero el grafeno también facilita una mejor disipación del calor. Puede reducir la temperatura de funcionamiento de la batería hasta 5 grados, por lo que su teléfono no se calentará mientras se carga o juega.
  • Mayor seguridad: se espera que las baterías de grafeno sean mucho más seguras que las baterías de iones de litio, ya que el material es más flexible y resistente. Esto significa que las futuras baterías no necesitarán una tonelada de estuches protectores, ocuparán menos espacio y serán livianas.

En resumen, una batería de grafeno será una mejor opción que una batería de iones de litio en los próximos años. Será notablemente más barato, más pequeño y más liviano, al tiempo que ofrecerá un mayor almacenamiento eléctrico y velocidades de carga más rápidas.

Deficiencias de la batería de grafeno

Las baterías de grafeno tienen una serie de beneficios, pero la única deficiencia que impide su adopción masiva en nuestros dispositivos es la producción en masa y los costos involucrados en la misma.

¿Por qué es difícil producir baterías de grafeno en masa? Bueno, es por la falta de una técnica factible para la producción en masa de grafeno de alta calidad. Ciertamente podría producir grafeno en casa usando grafito y cinta adhesiva, pero eso no funciona para la producción en masa de las baterías. La falta de lo mismo también aumenta el costo de producción, ya que se deberá tener en cuenta la calidad de los materiales, que podría llegar a ser de decenas a miles de dólares.

Actualmente, las baterías de grafeno están siendo desarrolladas en pequeñas cantidades por un puñado de fabricantes. Pero, otros como Samsung están buscando formas de reducir el costo para que las baterías de próxima generación sean viables para su uso. Se dice que el gigante coreano ha descubierto medios asequibles para producir baterías de grafeno y podemos esperar una actualización muy pronto.

Comercialización de Baterías de Grafeno

Las baterías de grafeno tienen un potencial extraordinario y producen mejores resultados que los paquetes de baterías existentes, algo que ya debería haberle quedado bastante claro. La investigación en este campo ha sido bastante desenfrenada en las últimas dos décadas, pero todavía tendremos que ser pacientes para su comercialización.

Muchas empresas actualmente están probando baterías de grafeno o están tratando de mejorar las baterías de litio con grafeno para mejorar su rendimiento, pero en este momento no están completamente disponibles comercialmente.

  • Investigación de grafeno de Samsung

Samsung SDI, el brazo de fabricación de baterías del gigante coreano, está trabajando activamente en este campo y ha visto múltiples avances en los últimos años. Primero, supimos que Samsung había desarrollado ‘bolas de grafeno’ que podrían hacer que las baterías de iones de litio duren más (a la vez que ofrecen un 45 % más de capacidad) y se carguen 5 veces más rápido.

Desde entonces, Samsung ha guardado silencio sobre sus planes de baterías de grafeno, excepto por un puñado de apariciones en exposiciones de automóviles y electrónica. Sin embargo, ha habido rumores de que Samsung está trabajando en un nuevo teléfono inteligente con respaldo de batería de grafeno y podría presentarse en 2020 o 2021. Se dice que estas baterías se cargan completamente en media hora, permanecen operativas a temperaturas más altas de 60 grados, pero no somos conscientes de su capacidad y composición en este momento.

  • Investigación adicional y OEM

Además de Samsung, hay varios fabricantes de baterías, como CellsX, que ya fabrican y envían baterías de grafeno a sus socios. Han diseñado no solo paquetes de baterías más pequeños para bancos de energía (más sobre esto a continuación), sino que también han fabricado baterías más grandes para modelos de cuadricópteros y vehículos eléctricos. Huawei también presentó un ion de litio mejorado con grafeno en 2016 para ofrecer un tiempo operativo más prolongado y facilitar la disipación del calor.

Si bien las baterías de grafeno aún no han aparecido en nuestros teléfonos, aún puede cargarlas con un banco de energía con batería de grafeno. Sí, tenemos algunos bancos de energía con baterías de grafeno disponibles en el mercado. Llamados Apollo y Ultron, estos bancos de energía optaron por el crowdfunding, obtuvieron la cantidad de patrocinadores que necesitaban y ya están enviando estos productos. Puede leer todo sobre estos bancos de energía aquí.

Por otro lado, el reconocido fabricante de autos eléctricos Tesla y Log9 de India están mostrando interés en las baterías de metal-aire. Implican el uso de una varilla de grafeno como cátodo, ya que es porosa y deja pasar el aire. Las baterías de metal-aire pueden ayudar a aumentar la eficiencia de la batería hasta 5 veces a un tercio del costo, lo que suena genial.

VEA TAMBIÉN: Los mejores bancos de energía de grafeno que puede comprar

Las baterías de grafeno podrían cambiar las reglas del juego

Las baterías de grafeno son definitivamente la próxima gran novedad porque el carbono abunda en comparación con el litio, que es un metal raro. Los fabricantes han estado tratando de utilizar el material de grafeno en casi todo desde su descubrimiento en 2004. Por lo tanto, podemos esperar que una serie de productos cargados de grafeno, especialmente las baterías de grafeno, se hagan realidad en los próximos dos años. Todavía estarán restringidos a teléfonos inteligentes seleccionados, pero pronto tendremos al menos un prototipo funcional en nuestras manos. ¿Cuáles son sus expectativas de las baterías de grafeno? ¿Estás emocionado por baterías aún más grandes? Háganos saber en los comentarios a continuación.

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