Crean una batería que dobla la autonomía de las actuales
Una nueva batería de estado sólido utiliza etanol para doblar la capacidad de las de litio sin coste medioambiental
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Investigadores de la Universidad de Houston, en Estados Unidos, han descubierto un método para fabricar baterías de estado sólido con materiales sostenibles como el etanol que es capaz de doblar en capacidad a las actuales de litio.
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Aunque estamos en plena lucha por conseguir una fuente perfecta de alimentación para la próxima generación de coches eléctricos y vemos avances en este campo todas las semanas, por ahora seguimos dependiendo mayoritariamente de las baterías de litio. Pero este tipo de baterías utiliza una serie de materiales para su fabricación —como el propio litio o el cobalto— que presentan problemas de tipo ambiental por su toxicidad, económico por lo difíciles que son de conseguir y éticos porque para su extracción se recurre en muchos casos a la explotación laboral infantil.
Una de las posibles soluciones a este problema son las baterías de estado sólido que prometen mayor eficiencia que las actuales. Pero hasta ahora se han estado haciendo con los mismos materiales que las líquidas.
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Todas las baterías incluyen un ánodo (electrodo negativo) y un cátodo (electrodo positivo) que están separados en una batería por una membrana porosa. En el caso de las de litio, los iones de este material fluyen a través de un electrolito líquido, que permite la carga y descarga de electrones que genera electricidad. En el caso de las baterías de estado sólido, los iones no fluyen porque los electrolitos tienen más densidad.
El descubrimiento de los investigadores de la Universidad de Houston, busca sustituir alguno de los materiales utilizados en este tipo de baterías por otros más sostenibles y a la vez hacerlas más eficientes.
"Estamos desarrollando materiales para cátodos de bajo coste, que son abundantes y sin cobalto, para una batería de estado sólido que ya no requerirá los metales escasos que se encuentran en las minas", explica Yan Yao, catedrático de Ingeniería Eléctrica e Informática en la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Houston. "Esta investigación es un paso adelante para aumentar la densidad energética de las baterías de los vehículos eléctricos utilizando esta alternativa más sostenible".
Cómo funciona este nuevo método
Su artículo, publicado en la revista científica 'Joule', demuestra que su método con materiales orgánicos dobla la densidad energética de las baterías de litio de estado sólido.
"Los cátodos basados en cobalto suelen ser los preferidos porque su microestructura es naturalmente ideal, pero formar la microestructura ideal en una batería de estado sólido de base orgánica es más difícil", comenta Jibo Zhang, otro de los autores del estudio.
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En el método propuesto por los investigadores, se utiliza un cátodo hecho de un material orgánico llamado pireno-4,5,9,10-tetraona (PTO) y etanol como disolvente para alterar su microestructura. Ese etanol es el alcohol que tenemos en casa para curar heridas o el que se encuentra en las bebidas alcohólicas. El tratamiento, según el estudio, permite un mejor transporte de iones dentro del cátodo y aumenta su densidad energética a 302 Wh/kg, lo que, según el equipo, es un 83% superior a las actuales baterías de estado sólido con cátodos orgánicos.
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Por compararlo con un coche comercial, el Tesla Model 3 cuenta con uno de los paquetes de baterías más avanzados de la industria y tiene una densidad energética de solo 160 Wh/kg.
"Existe una gran preocupación en torno a la cadena de suministro de las baterías de iones de litio en Estados Unidos", dijo Yao. "En este trabajo, mostramos la posibilidad de construir baterías de litio de alta densidad energética sustituyendo los cátodos basados en metales de transición por materiales orgánicos obtenidos de una refinería de petróleo o de una biorrefinería".
La búsqueda de una fuente de alimentación sostenible para vehículos eléctricos
Los planes de reducción de CO2 como el que se ha establecido en los acuerdos de París están provocando que vayamos a pasar de un 2% de vehículos eléctricos en la actualidad a un 30% para 2030, según las previsiones más recientes.
Para que este transporte sea realmente sostenible y eficiente todavía queda mucho trabajo por hacer, pero ya hay avances prometedores. Desde baterías orgánicas que se descomponen para reciclarse mejor a las que usan materiales marinos en lugar de metales pesados o los rediseños que prometen una durabilidad de 15 años.
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Aunque la gran esperanza para muchos pasa por el hidrógeno. Por un lado, están las pilas de hidrógeno que utilizan una fuente continua de combustible y oxígeno para mantener la reacción química, mientras que en una batería, la energía química suele proceder de los metales y sus iones u óxidos.
Por otra parte, también ha aparecido recientemente un motor de explosión que funciona con hidrógeno y que produce energía para cargar las baterías que alimentan el motor eléctrico. Sus creadores afirman que este método es mucho más sencillo, eficiente y barato que las propias baterías de hidrógeno.
Investigadores de la Universidad de Houston, en Estados Unidos, han descubierto un método para fabricar baterías de estado sólido con materiales sostenibles como el etanol que es capaz de doblar en capacidad a las actuales de litio.