Un nuevo reto: producir mejores baterías más allá del litio

LA Network - Equipo editorial
19 septiembre, 2017 - Ciencia y Tecnología

Investigadores de la Universidad de Bath, en el Reino Unido, han dado un paso adelante hacia nuevas baterías recargables más allá del litio y con un desempeño superior. El resultado de estas pruebas, publicado en la revista Nature, es un nuevo capítulo en la producción y el almacenamiento de energía cada vez más eficiente y sostenible.

Auto eléctrico

No es un secreto que cada vez más dependemos de baterías recargables para una serie de productos cotidianos: desde teléfonos celulares y vehículos eléctricos hasta el almacenamiento de redes eléctricas.

En la actualidad esta demanda es cubierta por baterías de iones de litio, considerado el mineral del futuro. Pero al continuar la transición de los combustibles fósiles a fuentes de energía de baja emisión, se necesitarán nuevas tecnologías de baterías para nuevas aplicaciones y un almacenamiento de energía más eficiente.

Un enfoque para desarrollar baterías que almacenan más energía es usar metales “multivalentes” en lugar de litio. En las baterías de iones de litio, la carga y la descarga transfieren iones de litio dentro de la batería. Por cada ión de litio transferido, también se transfiere un electrón, produciendo corriente eléctrica. En las baterías multivalentes, el litio sería reemplazado por un metal diferente que transfiera más de un electrón por ion. Para baterías de igual tamaño, esto daría a las baterías multivalentes una mejor capacidad de almacenamiento de energía y rendimiento.

El equipo de investigadores de la Universidad de Bath (Reino Unido) demostró que el dióxido de titanio puede ser modificado para permitir su uso como electrodo en baterías multivalentes, proporcionando una valiosa prueba de concepto en su desarrollo.

Los científicos, un equipo internacional de Francia, Alemania, Holanda y Estados Unidos, introdujeron deliberadamente defectos en el dióxido de titanio para formar altas concentraciones de agujeros microscópicos y mostraron que estos pueden ser ocupados de forma reversible por magnesio y aluminio; que llevan más de un electrón por ión.

Benjamin Morgan, investigador del Departamento de Química de la Universidad de Bath, afirmó que “Las baterías multivalentes son una dirección realmente emocionante para la tecnología de baterías, ofreciendo potencialmente densidades de carga más altas y un mejor rendimiento. Las nuevas tecnologías de baterías van a ser cada vez más importantes, nos libramos de los combustibles fósiles y adoptamos fuentes de energía más verdes.”

Universidad de Bath. Foto: Bath

“Hay bastantes obstáculos técnicos que superar, incluyendo la búsqueda de materiales que son buenos electrodos para iones multivalentes. Hemos demostrado una manera de modificar el dióxido de titanio para convertirlo en un electrodo multivalente. A largo plazo, esta prueba es un paso posible hacia más allá de las baterías de litio, con un rendimiento superior”, agregó Morgan.

Ya en 2014 investigadores de la Universidad Tecnológica de Nanyang en Singapur utilizaron un gel de una mezcla de dióxido de titanio e hidróxido de sodio en el ánodo de una batería y esta pudo recargarse hasta un 70% de su capacidad en solo 2 minutos y tener una vida útil de más de 20 años (10.000 ciclos de recarga), diez veces más que una batería de iones de litio existente (500 ciclos de recarga), dando así origen a baterías de carga ultrarrápida. La investigación de la universidad de Bath es un nuevo avance en esta dirección.

La Universidad de Bath es reconocida hoy mundialmente  por sus investigaciones para la fabricación de aviones más eficientes en el uso de combustible, la reducción de las emisiones de carbono a través de innovadoras soluciones de construcción o la identificación de enfermedades infecciosas con más rapidez.

El litio y su mercado actual

El litio es un elemento moderadamente abundante y está presente en la corteza terrestre en 65 partes por millón (ppm).  Argentina, Bolivia y Chile tienen el 85% de reservas de litio del planeta, aunque otros yacimientos importantes localizados recientemente en Afganistán, China y en Colombia.

Esta investigación supondría también una menor utilización del litio en el futuro, lo que significaría mejoras para el medio ambiente, ya que la producción de estas baterías requieren de la extracción de materiales como el cobalto y el grafito; y que la explotación de esos materiales en ciertos lugares del planeta ha generado  problemas ambientales, de salud y sociales.

La minería del litio forma hace parte del modelo de extracción de recursos naturales, aunque a diferencia de la minería metalífera a gran escala, no comparte la voladura de montañas ni el uso masivo de explosivos y cianuro. Pero sí las une un aspecto muy cuestionado: el uso altísimo e intensivo de agua, en regiones por lo general de extrema sequía.