Tokio, 10 de octubre de 2012 – NEC Corporation desarrolló una nueva generación de baterías de litio-ion-manganeso con cátodos que soportan operaciones de alta tensión y con electrolitos que mejoran la estabilidad de las operaciones de alta tensión. Se espera que estos desarrollos ayuden en un futuro a aumentar la gama de vehículos eléctricos y a reducir el peso de las baterías.
NEC actualmente desarrolla y produce iones de litio con cátodos hechos con manganeso, que es un elemento químico de número atómico 25 situado en el grupo 7 de la tabla periódica de los elementos y se simboliza como Mn. Se encuentra como elemento libre en la naturaleza, a menudo en combinación con el hierro y en muchos minerales. Como elemento libre, el manganeso es un metal con aleación de metales industriales con importantes usos, sobre todo en los aceros inoxidables. Se caracteriza por ser un recurso barato y abundante.
Estas tecnologías se utilizan en baterías de gran capacidad de almacenamiento para vehículos eléctricos, así como para uso residencial. Sin embargo, el reto ha sido mejorar la capacidad de la batería versus peso (densidad de energía) para lo que NEC introdujo un voltaje más alto para baterías y ha hecho progresos en el desarrollo de una solución de electrolitos que suprime la descomposición oxidativa de la solución de electrolito que se genera en la superficie de los cátodos de mayor tensión. Como resultado se ha logrado mejorar la densidad de energía de la batería en aproximadamente un 30% al aumentar la capacidad de la batería y reducir el peso de la misma, todo ello manteniendo un alto nivel de seguridad (* 1). «Estos avances pueden contribuir a aumentar la autonomía de los vehículos eléctricos, permite el almacenamiento de grandes cantidades de energía y simplifica el manejo de sistemas de baterías, disminuyendo el número de células», dijo Hidenori Shimawaki, Gerente General de Smart Energy Research Laboratories, de NEC Corporation. «Además, estas nuevas baterías proporcionan alto voltaje y la misma vida útil que 4V convencionales de iones de litio.»
Las características principales de las baterías recientemente desarrollados son las siguientes:
1. Alta capacidad, ligereza y nuevo desarrollo con cátodos de alta tensión que mantienen la seguridad.
Las nuevas baterías son capaces de realizar operaciones de alta tensión como resultado del uso de níquel en sustitución de un material a base de manganeso, lo que tienen un alto nivel de seguridad durante la recarga. El uso de estos cátodos y ánodos de grafito permite una tensión de funcionamiento promedio a un voltaje de 4,5 V de la 3.8V de las tecnologías existentes. Como resultado, la densidad de energía aumentó en aproximadamente un 30% a 200Wh/kg de 150Wh/kg. Esto aumenta la energía almacenada en aproximadamente un 30% en comparación con las baterías existentes con el mismo peso. Alternativamente, estas nuevas baterías son aproximadamente 30% más livianas en comparación con las baterías existentes con el mismo almacenamiento de energía.
2.Nuevo electrolito de larga vida operativa y alto voltaje.
El disolvente de la solución electrolítica pasó de un carbonato convencional basado en un disolvente a un disolvente fluorado que es altamente resistente a la oxidación. Esto permite la supresión de la descomposición oxidativa, a través de la solución de electrolito y la interfaz de cátodos, lo que ha supuesto un desafío para las técnicas existentes. Estas baterías mantienen aproximadamente un 80% de su capacidad original después de someterse a pruebas (* 2) con carga completa y 500 ciclos de descarga en condiciones por debajo de la temperatura ambiente (20 ° C), mientras que un mantenimiento de aproximadamente 60% cuando la temperatura ambiente por encima de (45 ° C). Además, las baterías han demostrado un rendimiento de vida útil equivalente a la de las baterías convencionales 4V. La viabilidad de estas baterías se demuestra además por la supresión de la formación de gas dentro de las células y una reducción significativa en la relación de hinchamiento de la batería a sólo el 10% (más de 100% que en las baterías convencionales) después de las pruebas de ciclo (* 2) llevados a cabo en la sala de máxima temperatura.
NEC continuará impulsando la investigación y el desarrollo para lograr una mayor capacidad, vida útil y la fiabilidad de estas baterías para su uso en vehículos eléctricos y otros.
NEC presentó estos avances el 9 de octubre en PRIME 2012, la Reunión de Pacific Rim en Electroquímica y Ciencia de estado sólido, en Honolulu, Hawaii, 7 – 12 octubre de 2012.
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Notas
(* 1) Basándose en los resultados de los ensayos de seguridad utilizando un laminado multicapa de tipo celular.
(* 2) Basado en pruebas con un laminado de varias capas de tipo celular.
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