CICIMA: Centro de Investigación en Ciencia e Ingeniería de Materiales

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Centro de Investigación en Ciencia e Ingeniería de Materiales (CICIMA)

Proyecto: Fabricación y simulaciones de nuevos materiales para baterías recargables

 

Fabricación y simulaciones de nuevos materiales para baterías recargables

La producción de energías limpias es uno de los retos más importantes para lograr la independencia del petróleo. Se han logrado grandes avances en la producción de energía por medio de celdas fotovoltaicas, represas hidroeléctricas y generadores eólicos, entre otros. Sin embargo, estas plantas eléctricas de energía renovable dependen de las condiciones climáticas para su óptimo funcionamiento y su producción no necesariamente va acorde a la demanda. El poder almacenar el exceso de energía para utilizarla en otro momento ayudaría sustancialmente a depender menos del petróleo. Es así como los acumuladores de energía o baterías se presentan como un complemento fundamental en los procesos de producción de energía.

Una batería es una celda electroquímica donde se produce una reacción de oxidación-reducción que permite convertir la energía química en energía eléctrica y viceversa. Muchas de las baterías que encontramos en el mercado se usan durante un solo ciclo de descarga para después desecharse, éstas se conocen como baterías primarias. Aunque nos dan cierta independencia de la red eléctrica, el no poder recargarlas contribuye a la contaminación. Pero podemos aumentar la vida útil de la batería si esta tiene la facultad de recargarse durante muchos ciclos. A estas baterías se les conoce como baterías secundarias o también como baterías recargables1. Hoy día existen baterías recargables de distintos tipos, como por ejemplo baterías hechas con: Níquel-Cadmio, ion de Litio, ácido-plomo o Níquel-Metal híbrido. Si se compara la eficiencia de cada una de estas baterías, las de ion de Litio son las baterías de menor tamaño y con mayor capacidad de almacenar energía.2 Desde el punto de vista comercial e ingenieril las baterías deben operar de forma segura, tener un buen costo efectivo y ser amigas del ambiente.

En las décadas de 1980 y 1990, John Goodenough trabajando con Keizaburo Tozawa (Presidente de la corporación Sony-Evereday), encontraron que compuestos de Litio con cierta estructura de capas pueden ser usados como cátodo. En 1991 aparece en el mercado la primera generación de baterías recargables de ion de Litio9,10. Hoy en día se sigue investigado con otras estructuras químicas con diferentes elementos y compuestos para mejorar las propiedades de las baterías recargables. Se desea que una batería suministre energía de forma constante y que el desgaste después de cada ciclo de carga y descarga sea el mínimo para se pueda recargar la mayor cantidad de veces y así extender su vida útil. Es por eso que esta área de investigación es una de las más importantes a nivel mundial, ya que permite la mejora continua de los dispositivos móviles y podría ayudar a terminar con la dependencia energética del petróleo.

En el caso de Costa Rica, es una necesidad imperante desarrollar esta línea de investigación, ya que no existe actualmente en el país, pues el gran potencial que tiene el país para la producción de energía verde se vería complementado con la investigación y desarrollo de las baterías recargables. Esta línea de investigación ha sido desarrollada a nivel mundial gracias a un abordaje multiciplinario donde la teoría y la experimentación van de la mano. En estos momentos este grupo de investigadores cuenta con la experiencia necesaria para abordar la temática desde distintos puntos de vista, como la física, la química y la ingeniería. Además los miembros de este proyecto tienen la experiencia para investigar sobre el problema tanto desde el punto de vista teórico-computacional como experimental.