Grafeno, sodio, arena… El ingrediente secreto para que las baterías duren más

La investigación centrada en aumentar la calidad y la duración de las baterías lleva en marcha décadas, pero recientemente ha habido un claro aumento del interés por parte de investigadores y empresas. Trabajando en busca de mejoras, los científicos experimentan con una larga lista de componentes llamados a convertirse en el ingrediente secreto para que las baterías duren más. Grafeno, magnesio, variaciones basadas en el litio, sodio e incluso otros candidatos que pueden sonar más surrealistas como cerveza o arena de playa, entre muchos otros, protagonizan estudios y anuncios.

“Cada vez hay más aparatos y herramientas portátiles: aspiradores, ordenadores, teléfonos...”, explica a TeknautasCarlos Roldán Porta, catedrático y director del Departamento de Ingeniería Eléctrica de la Universitat Politécnica de Valencia, justificando así el aumento en la investigación. “Pero sobre todo es por la proximidad del vehículo eléctrico, lo que supondrá que habrá un mercado inmenso de baterías”, añade el experto.

Zachary Favors, Director Científico en NexTech Batteries, una ‘startup’ centrada en el desarrollo de nuevas baterías, e investigador posdoctoral en el Lawrence Berkeley National Lab también apunta a los coches eléctricos como uno de los principales motivos de este pico investigativo. “Compañías como Tesla han hecho que las baterías sean algo ‘sexy’ por primera vez en la historia, y los investigadores quieren ser parte de esa electrificación creciente del mundo que nos rodea”, explica.

“Otra razón para esta popularidad es el crecimiento explosivo en el campo de la nanotecnología, que ha abierto la puerta a innumerables avances y a nuevos materiales en el campo del almacenamiento de energía”, añade el investigador. Además de trabajar centrado en el desarrollo de baterías de litio-sulfuro —una de las grandes esperanzas en el terreno de los vehículos eléctricos—, este científico fue el firmante principal del estudio que proponía la arena de playa como posible solución para mejorar la duración de las baterías de ion de litio —las presentes en la mayoría de nuestros teléfonos móviles, ordenadores portátiles y reproductores de música—.

El ingrediente ganador

Hablar de un ingrediente ganador llamado a revolucionar el mercado de las baterías es tremendamente complicado. Más bien, y según los investigadores, distintos componentes conseguirán mejorar ciertos aspectos. “Si una empresa encontrara algo que mejorara todo, todas las características de la batería, revolucionaría el mercado, y eso es más difícil que se produzca”, concreta Roldán.

Aún así, hay materiales con los que se están haciendo avances: “Yo creo que se van consiguiendo mejoras progresivas. Las baterías han mejorado con respecto a las que había hace unos cuantos años”, añade. Favors comparte su opinión y señala que todo depende de la aplicación: “Si pensamos en las baterías para vehículos eléctricos y los aviones, estamos viendo la introducción de óxido de silicio en los ánodos y una continua confianza en óxidos metálicos basados en cobalto y níquel para los cátodos”, concreta el investigador.

“Además, el litio está ganando atención generalizada como un posible sucesor del grafito en el ánodo, mientras que materiales como los óxidos metálicos ricos en sulfuro y litio metálico están ganando popularidad en la investigación para los cátodos”, añade.

Por su parte, Roldán admite que las investigaciones con litio son ciertamente interesantes, pero se trata de un metal más caro que el aluminio o el sodio. ”Con las baterías de litio se está avanzando bastante. Se mejoran aspectos, como con un electrolito sólido en vez de líquido que las hace más seguras, por ejemplo”. Según su punto de vista, las baterías de sodio también parecen prometedoras, aunque todavía no hay resultados concluyentes que permitan afirmar que vayan a sustituir a otras.

El catedrático también señala al grafeno como un posible motor de cambio. “Puede tener un rol importante en la mejora de las baterías actuales”, detalla. Un gran interés del mundo científico, que lo considera el material del futuro, y grandes inyecciones de financiación también apuntan en esa dirección.

Junto a estos ingredientes, que parecen ser los que encabezan la batalla por los materiales del futuro, hay otros que también tienen opciones. “Aunque ahora haya cosas y materiales que no parezcan rentables, puede que en unos años lo sean. Por eso es difícil desechar ideas”, defiende. “Yo intuyo que hay baterías orgánicas y de litio-aire que es posible que en un futuro tengan importancia, pero que ahora están muy verdes”.

Anuncios en pos de la financiación

A pesar de que en muchas ocasiones los descubrimientos relativos a baterías están en sus primeras fases, cada cierto tiempo los medios de comunicación anuncian algo que parece destinado a revolucionar el mercado: grafeno, hidrógeno, vanadio, magnesio y todo tipo de materiales orgánicos —desde el azúcar a los restos de la cerveza— parecer ser en un determinado momento el gran hallazgo.

Frente a esto, ambos expertos piden paciencia. “Desde que se lanza una idea, a partir de resultados de laboratorio, y desde que se dice que puede ser hasta que es algo comercial, puede haber un periodo de cinco años y una gran inversión tecnológica”, explica el catedrático de la Universidad Politécnica de Valencia.

“Detrás de cualquier innovación y de cualquier apuesta científica siempre está el riesgo de que no salga nada”, añade Roldán. Sin embargo, sin medios no se puede llegar hasta el final, por lo que los científicos necesitan publicar estudios y protagonizar titulares. “Por eso mucha gente anuncia cosas que no están del todo hechas, con el objetivo de atraer a la inversión económica”, remarca.

Sin embargo, queda mucho camino que recorrer. Baterías con el litio como componente principal pero en diferentes versiones, las todavía en desarrollo baterías de sodio y materiales como el grafeno o el magnesio tendrán que solventar una larga lista de problemas. “Las baterías actuales tienen una serie de inconvenientes que limitan su uso: son pesadas, su vida útil es corta…”, cita Roldán. También es necesario mejorar la densidad de carga, es decir, la cantidad de energía que se almacena por cada kilo que pesa la batería. “Se está intentando que pesen menos, pero que almacenen la misma energía”, añade.

Además, también se busca que carguen más deprisa —sobre todo por el mercado de los vehículos— y alargar su vida útil en cuanto al número de ciclos de carga y descarga. “En el campo de la electrónica portátil, los dispositivos consumen más energía año tras año, debido a que aumentan sus capacidades y el poder de computación”, indica Factors. “El desarrollo de las baterías asegurará que los consumidores no experimenten una duración de batería más corta y que sus dispositivos no ardan”.

Solventar estos problemas es también combatir el uso de los combustibles fósiles. “Uno de los motivos más importantes por los que hay que continuar con la investigación es el cambio climático. El desarrollo de baterías más seguras, que duren más y que almacenen más energía permitirá que los coches eléctricos tengan el mismo alcance y el mismo coste que los de combustión interna y que las energías renovables puedan proveer una cantidad creciente de energía limpia y fiable para que estos funcionen”, defiende el científico.

Muchos retos e importantes motivos para seguir con la investigación en una gran carrera de obstáculos que, al menos de momento, no tiene un claro favorito. Si lo hubiera, ya habría empezado la revolución, nuestros dispositivos serían diferentes y el material protagonista estaría en boca de todos. Como esto no ha sucedido, todavía nos toca esperar.