Un paso hacia baterías más ligeras

Baterías ligeras que puedan emitir grandes cantidades de energía son cruciales para una gran variedad de aplicaciones —por ejemplo, mejorar la autonomía de los coches eléctricos. Es por ello, que incluso el más modesto incremento en la relación energía-densidad son avances importantes. Ahora un equipo de investigadores del MIT ha hecho un avance significativo en una tecnología que permitirá transportar en las baterías tres veces más energía que hasta ahora.

Yang Shao-Horn, un profesor asociado del departamento de ingeniería de materiales del MIT, dice que muchos grupos han estado intentando trabajar con baterías de litio-aire, una tecnología con un gran potencial para hacer mejoras en la densidad. Sin embargo, hasta ahora hubo un problema con la búsqueda de los materiales con los que los electrodos podían favorecer las reacciones electroquímicas que tienen lugar en estas baterías.

Las baterías de litio-oxígeno (también conocido como litio-aire) tienen un principio parecido al de las baterías de litio-ión que dominan el campo de la electrónica móvil y están muy bien sitúadas en el campo de los vehículos eléctricos. Sin embargo, debido a que las baterías de litio-aire utilizan electrodos ligeros de carbono y oxígeno extraído de un flujo de aire, las baterías de este tipo pueden ser mucho más ligeras. Esta es la razón por la que las principales compañías (incluída IBM y GM), se han embarcado en grandes investigaciones de la tecnología litio-aire.

Batería de Ion-Litio

Batería de Ion-Litio. Wikipedia.

En un artículo publicado esta semana en la revista Electrochemical and Solid-State Letters, Shao-Horn, junto con sus estudiantes y el profesor visitante Hubert Gasteiger, describen un estudio que muestra que los electrodos con oro y/o platino como catalizador muestran un nivel mucho más alto de actividad y que, por tanto, tendrán una mayor eficiencia que las baterías con electrodo de carbón corrientes. Además, este nuevo trabajo es el punto de partida para una investigación más exhaustiva que podría lleva a mejores materiales, como podrían ser aleaciones de oro, platino y otros metales y concluír en alternativas más baratas.

La estudiante de doctorado Yi-Chun Lu, autora del artículo, explica que este equipo ha desarrollado un método para analiza la actividad de los diferentes catalizadores en las baterías y ahora pueden, a partir de este estudio, investigar en una gran variedad de materiales. “Buscaremos diferentes materiales y observaremos su comportamiento”, dijo. “Esta investigación podría permitirnos identificar los parámetros físicos que gobiernan la actividad del catalizador. Lo que, en última instancia, nos permitirá predecir el comportamiento de los catalizadores.”

Un problema con el que lidiar al desarrollar un sistema de baterías que pueda ser comercializado es la seguridad. El litio en forma metálica, que se utiliza en las baterías de litio-aire, es altamente reactivo en presencia de cantidades minúsculas de agua. Este no es un problema en las actuales baterías de litio-ión, porque se utilizan materiales carbónicos para el electrodo negativo. Shao-Horn dice que el mismo principio de esta batería puede ser aplicado sin necesidad de utilizar litio metálico. Dijo que en vez de litio, se puede utilizar grafito o algún otro material para el electrodo negativo lo que llevaría a un sistema más seguro.

Un gran número de problemas deben ser tenidos en cuenta antes de que las baterías de litio-aire puedan convertirse en un producto comercializado, dice Horn. El principal es desarrollar un sistema que mantenga la potencia tras un considerable número de ciclos de cargar de manera que sea útil para dispositivos electrónicos.

Los investigadores también necesitan indagar en los detalles químicos que regulan los procesos de carga y descarga, para ver qué componentes se producen y dónde, así como la forma en que reaccionan con otros componentes del sistema. “Estamos en el principio del principio” de entender con exactitud cómo ocurren estas reacciones.

Este artículo ha sido traducido de MIT y publicado bajo licencia CC by-sa

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