Inventan una batería que combina litio y aire para alimentar trenes y aviones

Investigadores del Instituto de Tecnología de Illinois, han desarrollado un novedoso diseño de batería de litio-aire que puede almacenar un kilovatio-hora por kilogramo o más, esto es cuatro veces más que las baterías de iones de litio que se usan actualmente en los coches eléctricos.

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James Dawes

Las baterías de iones de litio están en todas partes: en nuestros ordenadores, teléfonos móviles o en los vehículos eléctricos. Sin embargo, no tienen la densidad energética suficiente como para alimentar los motores de los medios de transporte más pesados como los aviones. Además, si se cumplen las previsiones de fabricación de los coches eléctricos en los próximos años no habrá litio suficiente para producir las baterías necesarias.

En Novaceno hemos visto ya varios diseños que prometen aumentar la capacidad de las baterías e incrementar su seguridad, como las baterías de estado sólido. La nueva batería desarrollada por los investigadores del Instituto de Tecnología de Illinois combina los beneficios de las baterías de estado sólido con las de litio-aire para no solo aumentar su densidad, sino también permitir más de 1.000 ciclos de recarga sin que apenas pierda capacidad de almacenamiento, tan solo un cinco por ciento.

Cómo funciona

Según cuentan los investigadores, la idea surgió de intentar hacer una batería de estado sólido que fuera compatible con las tecnologías de cátodo y ánodo que el equipo ha estado desarrollando para sus baterías de litio-aire. Las baterías de litio-aire permiten almacenar más energía en menos espacio que las de iones de litio, sin embargo tienden a estropearse después de pocas recargas y requieren mucha más energía para cargarse de la que pueden generar.

Para solucionarlo, los investigadores eligieron una mezcla de polímero y cerámica, que por separado no son del todo eficientes, pero al combinarlos aportan la alta conductividad iónica de la cerámica y la gran estabilidad del polímero.

Para poner a prueba la idea, el equipo ha llevado a cabo una serie de experimentos que demuestran cómo se produce esta reacción. Los investigadores observaron que los nuevos componentes permiten que la formación y descomposición del dióxido de litio, clave para el funcionamiento de la pila, se produzca a altas velocidades y a temperatura ambiente. Esto, según los investigadores, es la primera vez que sucede con una pila de litio-aire.

"Descubrimos que ese electrolito en estado sólido aporta alrededor del 75 por ciento de la densidad energética total”, explica Mohammad Asadi, catedrático de Ingeniería Química del Instituto de Tecnología de Illinois y autor principal de un artículo publicado recientemente en la revista Science donde se describe el descubrimiento. “Eso nos dice que hay mucho margen de mejora, porque creemos que podemos minimizar ese grosor sin comprometer el rendimiento y eso nos permitiría alcanzar una densidad de energía muy, muy alta".

Menos litio, más almacenamiento

El equipo también está trabajando en la búsqueda de materiales que puedan sustituír al litio en las baterías. Como ya contamos en el capítulo 3 de Control Z, ‘La fiebre del coche eléctrico es un viaje a ninguna parte’, no hay suficiente litio en la Tierra para fabricar el número de baterías que necesitamos para realizar la transición al coche eléctrico.

Las baterías de litio-aire, dice Asadi, tienen la ventaja de aprovechar mejor el litio que nos queda, pero aún así no serán suficientes para cubrir la enorme demanda. Además, el investigador piensa que sus nuevas baterías pueden fabricarse con otros metales menos escasos y más baratos.

Mientras lo consiguen, los investigadores están buscando socios en las empresas de la industria de las baterías para optimizar el diseño y prepararlo para su fabricación. "La [nueva] tecnología es un gran avance y ha abierto un gran abanico de posibilidades para llevar estas tecnologías al mercado", afirma Asadi