Da igual que sea un móvil, un portátil, la Nintendo Switch o una Dyson: conforme lo vayas usando, la autonomía de la batería se va a ir reduciendo. Sí, las baterías de ion litio han cambiado el mundo y desde hace años son el estándar absoluto en electrónica de consumo, pero la degradación con el paso del tiempo es su mal endémico. Mientras buscamos alternativas a esta tecnología, un equipo de investigación ha encontrado una solución prometedora en una aparentemente simple ajuste químico.

El avance. La idea principal de esta investigación no es cambiar los materiales principales de la batería, sino simplemente añadir una pequeña cantidad de un aditivo: el difluorofosfato de litio. Su existencia no es nueva, pero esta investigación liderada por el profesor Chunsheng Wang de la Universidad de Maryland revela lo eficaz que es para estabilizar las baterías.

Por qué es importante. Porque las baterías de ion litio están presentes en todas partes y esta modificación permitiría prolongar su vida útil utilizando una química estándar y de bajo coste. El resultado de su experimento es que con este aditivo se puede optimizar las baterías para maximizar potencia y energía, o bien para lograr una mayor vida útil y estabilidad.

A efectos prácticos, el estudio evidencia cómo con este ajuste mantuvieron una capacidad significativamente mayor después de cientos de ciclos de carga y descarga. Como explica Wang, "Es una modificación relativamente sencilla de las baterías actuales". O lo que es lo mismo, después de haber ejecutado pruebas de seguridad y ciclos prolongados, "podría llegar de forma realista a los consumidores".

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Breves apuntes del mecanismo de una pila. Las baterías de iones litio están conformadas por un ánodo negativo y un cátodo positivo y tienen un separador poroso entre ambas. El conjunto está sumergido en un electrolito cuya misión es permitir que los iones de litio se muevan entre electrodos durante la carga y descarga. 

Con la descarga, el ánodo libera electrones al circuito eléctrico (da electricidad al dispositivo) e iones al electrolito, reencontrándose en el cátodo. Con la carga, una fuente externa (el cargador) invierte el proceso "bombeando" los iones de vuelta al ánodo para almacenar la energía en la estructura química. La degradación de su capacidad con el uso se produce por la pérdida irreversible del litio en reacciones químicas secundarias y por la fatiga mecánica de los electrodos.

Esquema básico del funcionamiento de una batería de ion litio. Walter Davison. Vía: Wikimedia

En detalle. Si profundizamos un poco más en la explicación anterior, aparece la interfase de electrólito sólido (SEI), una capa delgada que se forma en el ánodo durante las primeras cargas. En las baterías estándar, esta capa es frágil y se rompe con el uso, consumiendo litio y reduciendo la vida útil de la batería. 

Mediante una reacción sencilla inspirada en la química orgánica, este aditivo hace que el electrolito sea más propenso a aceptar electrones, haciendo que la degradación esté más controlada. En pocas palabras, ayuda a formar una SEI más robusta, elástica y uniforme, actuando así como una suerte de escudo que evita que el electrolito reaccione de forma parásita con los electrodos. Además, es una química flexible que puede ajustarse para que sea más o menos protectora y la presencia del aditivo minimiza la presencia de grietas en el cátodo.

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La industria del automóvil ha tomado el camino de la electrificación. Sean eléctricos, híbridos de cualquier tipo o microhíbridos, todos tienen algo en común: más grande o más pequeña, montan una batería. Y eso acarrea un problema a largo plazo: qué ocurrirá con esa batería cuando termine el ciclo de vida del coche. La respuesta debería ser el reciclaje, pero los métodos actuales emiten grandes cantidades de residuos y no permiten recuperar todo el litio y otros componentes de la batería.

Sin embargo, investigadores chinos creen haber dado con la clave para recuperar el 99,99% del litio de las baterías. Y el ingrediente secreto es algo que está en los batidos de proteínas que consumimos para ganar masa muscular: la glicina.

Necesidad. Nuestra dependencia de las baterías de litio es preocupante. Numerosos dispositivos las tienen como fuente de energía, pero en el caso de los vehículos eléctricos, evidentemente la cantidad necesaria es mucho mayor. Es lo que ha provocado que la producción global se cuadruplicara entre 2010 y 2022. Y ya ese 2022 contábamos que íbamos a necesitar más litio del que, probablemente, tenga el planeta.

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Vale, pues reciclamos. El problema es que… bueno, no hay pocos problemas. Reciclar una batería (esto aplica a cualquiera, pero se intensifica con las enormes baterías de los coches) es que se tarda mucho tiempo en realizar el proceso. Hay que descargarla por completo antes de poder manipularlas con seguridad y, una vez hecho eso, hay dos métodos consolidados:

• Hidrometalurgia: mediante ácidos, se disuelven los metales en un proceso conocido como lixiviación. Podemos obtener tanto el litio como el níquel/cobalto y se estima que el 99% de los mismos son aptos para nuevas baterías.
• Pirometalurgia: mediante hornos a 1.500 grados Celsius, se funden los componentes y se separa el cobalto, el níquel y el cobre, por un lado, y el resto de componentes (aluminio, litio y manganeso) por otro. Para recuperar el litio, tras la pirometalurgia hay que hacer un proceso de hidrometalurgia.

Los inconvenientes están claros: en el caso de la hidrometalurgia, el uso de ácidos es muy contaminante y hay que gestionar los residuos líquidos. Además, se tarda mucho en descomponer y separar los elementos. En el de la pirometalurgia, aunque el proceso es más rápido, se producen grandes cantidades de CO2 que se emiten a la atmósfera y se consume muchísima energía.

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Glicina. Es necesario encontrar alternativas más sostenibles, y ahí es donde entra en juego la glicina. Investigadores de la Universidad Central Sur de Changsha, de la Universidad de Guizhou y del Centro Nacional de Investigación de Ingeniería de Materiales Avanzados de Almacenamiento de Energía Avanzada han dado con una forma de reciclar de forma menos contaminante el 99,9% de los materiales de una batería.

En su estudio, exponen cómo la glicina, que es un aminoácido no esencial que se encuentra en las proteínas, puede lograr una recuperación eficiente del 99,99% del litio, el 96,86% del níquel, el 92,35% del cobre y el 90,59% del manganeso de las baterías.

Turbohidrometalurgia. Los investigadores detallan que la clave es crear una atmósfera de lixiviación suave. Cambiando los ácidos ‘duros’ que se emplean comúnmente en el reciclado de baterías por soluciones de pH neutro con glicina permite descomponer los materiales de la vieja batería para, posteriormente, recuperar los elementos que interesan de cara a su reciclaje en nuevos equipos.

Como apuntan desde Motorpasión, al poner en contacto las baterías usadas con una solución de sal de hierro, oxalato de sodio y glicina líquida, se forma una capa de hierro sobre ellas que desempeña el papel de ánodo, mientras que el material de la batería que se recicla funciona como cátodo. Esta disposición química inicia un proceso que descompone la estructura de la batería, facilitando la disolución independiente del litio, níquel, cobalto y manganeso. Además, el equipo asegura que es un proceso rápido: apenas 15 minutos.

Reciclar vs minar. Desde el estudio afirman que es un proceso más barato, más eficiente energéticamente y con menos emisiones que los métodos tradicionales de hidrometalurgia que emplean ácido o amoníaco, pero claro, es algo que se ha probado en laboratorio y que habría que ver en un escenario real. Lo que está claro es que reciclar parece la clave para avanzar en esa electrificación de la automoción sin recurrir a un aumento en la explotación de minas de litio.

Hace unas semanas, investigadores de la Universidad de Stanford publicaron un estudio en el que comparaban los beneficios del reciclado de baterías de iones de litio frente a la extracción de nuevos materiales. En resumen:

• Se emite entre un 58% y un 81% menos de gases de efecto invernadero.
• Se usa entre un 72% y un 88% menos de agua.
• Se emplea entre un 77 y un 89% menos de energía.
• También se emite menos hollín y azufre.

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Estamos en ello. Esos resultados son fruto de un método patentado por los investigadores de la universidad. Es como la pirometalurgia, pero de manera selectiva, por lo que la temperatura es menor y las emisiones, por tanto, también lo son. Sea con el método de Standford o con el de la glicina ideado por investigadores chinos, el mundo esta en esa carrera por el reciclaje de baterías de vehículos eléctricos.

La Universidad de Princeton están investigando el plasma de baja temperatura para sustituir los métodos tradicionales de pirometalurgia; ya hay empresas que tienen contratos con BMW o Mercedes con el objetivo de reciclar baterías de coches y también métodos que utilizan la radiación de microondas para separar los componentes: hasta un 87% del litio de una batería en 15 minutos.

Es evidente que, así como hay una carrera por la electrificación, también se investiga activamente cómo reutilizar baterías que ya no sirven para coches nuevos, pero que pueden aprovecharse en la fabricación de otras. Al menos mientras esperamos las de estado sólido…

Imágenes | Tennen-Gas

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Tenemos un problema con las baterías de los coches eléctricos. Con las baterías de iones de litio, en general, pero es en los vehículos eléctricos donde nos hemos topado con los límites de capacidad y velocidad de carga de esta tecnología. En la búsqueda por un nuevo tipo de baterías, las de estado sólido se están ganando a pulso su hueco tanto en los coches como en otros dispositivos. Son las que permitirán autonomías de 1.000 kilómetros y la mayoría de empresas están viendo cómo fabricarlas en masa.

Sin embargo, entre las alternativas a las baterías convencionales de litio, nos hemos topado con una dupla muy interesante: la del litio y el azufre. La composición de estas baterías es similar a la de las de iones de litio, pero utilizando el azufre (y no elementos como níquel, manganeso o cobalto) como cátodo. El azufre es fácil de conseguir, abundante en la corteza terrestre y, sobre todo, más barato que otros elementos catalizadores.

Además, las baterías de litio y azufre tienen una mayor densidad y su principal problema es que la capacidad de carga deja mucho que desear, con unas primeras unidades prototipo que aguantaban unos escasísimos 50 ciclos de carga. Ahora bien, estos últimos años la industria se ha enfocado en resolver ese punto débil, y ya hay quien piensa que es el momento de empezar a fabricar en masa estas baterías de litio y azufre.

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Y la empresa Lyten acaba de anunciar sus planes para la primera gigafactoría del mundo para producir en cantidades industriales estas baterías de litio-azufre.

La gigafábrica de litio y azufre de Lyten

Lyten es una startup fundada en 2015 que ha recaudado más de 400 millones en financiación hasta la fecha. Hay importantes empresas que están invirtiendo mucho dinero en ella, pero la más destacada es Stellantis. Su especialidad es la aplicación de supermateriales, siendo muy relevantes en la investigación de materiales como el grafeno tridimensional, pero también en el desarrollo de las mencionadas baterías de litio y azufre.

A comienzos de este año, Chrysler mostró su imponente Halcyon, un coche eléctrico con un potencial de autonomía ilimitado debido a su tecnología de carga inalámbrica en las carreteras adaptadas para ello. ¿Su batería? Una de litio-azufre de Lyten de 800 V que no utiliza níquel, cobalto o manganeso y, como comentó la compañía, tiene una huella de carbono un 60% menor que las mejores baterías actuales de iones de litio. Además, tiene el doble de la densidad energética y pesa la mitad que las baterías de iones de litio NMC.

Como decimos, parece que la industria quiere demostrar que estamos listos para empezar a producir en masa este tipo de baterías y la primera gigafactoría del mundo enfocada a la creación de baterías de litio-azufre estará ubicada en Nevada. Cerca de la ciudad de Reno, la fábrica de Lyten tendrá la capacidad de producir hasta 10 GWh de baterías al año a gran escala, con una primera fase de la instalación que entrará en funcionamiento en 2027. Dará empleo a más de 1.000 personas y su planta tendrá 116.128 metros cuadrados.

Entre sus actividades, se encuentra la fabricación de materiales activos de cátodo y ánodos de metal de litio. También ensamblarán celdas de batería de litio-azufre en formatos cilíndricos y de bolsa. Dan Cook, cofundador de Lyten, comenta que es un logro y el "último hito en los nueve años de historia de Lyten. El litio-azufre supone un gran avance en la tecnología de baterías, que ya ofrece una batería ligera, de alta densidad energética y fabricada con materiales locales disponibles en abundancia y con fabricación 100% estadounidense".

Esto último es interesante más allá del golpe en el pecho por parte de los norteamericanos. Entre los inversionistas de Lyten se encuentra el Fondo Europeo de Inversiones —European Investment Fund— y, teniendo en cuenta que hay azufre de sobra en Europa, abre la puerta a la apertura de fábricas de Lyten también en el viejo continente. Como decíamos, otros elementos que se usan como cátodo en las baterías de iones de litio convencionales son escasos y, sobre todo, difíciles de extraer, pero es algo que no ocurre con el azufre.

Tras el anuncio de Lyten, es probable que otras empresas empiecen a mover ficha, ya que se trata de un paso firme en el que la compañía invertirá más de 1.000 millones de dólares con la esperanza de situarse como una apuesta de futuro próximo en las baterías de coches eléctricos.

Imagen | Lyten

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CATL es uno de los principales proveedores de grandes compañías de vehículos eléctricos, como Tesla, Polestar o MG. El gigante chino ha presentado recientemente su nueva batería bajo el nombre de ShenXing, y apunta a ser una de las claves para mejorar los tiempos de carga en coches eléctricos.

Según el fabricante, su nueva batería puede otorgar hasta 400 kilómetros de autonomía con tan solo 10 minutos de recarga. Mediante una carga completa, la cifra asciende hasta los 700 kilómetros, aunque no ha trascendido la capacidad total de la que dispone la batería. Se trata de la primera batería FLP que soporta carga ultrarrápida 4C

Destacar asimismo que, en media hora, puede lograrse el 80% de la carga. Estos ciclos de carga pueden lograrse incluso bajo temperaturas extremas, de hasta 10 grados bajo cero. Uno de los focos de esta batería está, precisamente, en su capacidad para funcionar en condiciones climatológicas adversas.

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Fabricada en fosfato de hierro y litio, la nueva batería de CATL pasará a producción a finales de año. Se espera que en el primer trimestre de 2024 empecemos a ver los primeros vehículos equipados con ella. Fabricantes como MG, según CincoDías, ya han confirmado que las incluirán en su gama.

Quedará por comprobar cómo se traducen estos datos teóricos en cifras reales tras la implementación de estas baterías en coches eléctricos. El tipo de carga y estándar que utilice el fabricante, así como la propia aerodinámica y eficiencia del vehículo, serán los que marquen las cifras finales relativas a recarga y autonomía.

CATL juega un papel clave de cara al desarrollo del coche eléctrico. Lleva años trabajando para que sus baterías puedan soportar el frío, uno de los mayores problemas en coches eléctricos según los datos más recientes.

Sus nuevas generaciones de batería también aspiran a lograr autonomías de 1.000 kilómetros, aspirando a cifras que puedan hacer al coche eléctrico competir con el de combustión de cara a largos trayectos.

Imagen | Michael Swan

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De acuerdo a una nueva investigación publicada en Science Advances, un equipo de la Universidad de Monash, en Melbourne, afirma haber desarrollado la batería de litio y azufre "más eficiente del mundo", la cual puede "superar hasta cuatro veces" el rendimiento de las baterías tradicionales de iones de litio.

Las baterías de litio y azufre y no son nuevas, a día de hoy se usan para algunas tareas pequeñas en aviones y automóviles. Sin embargo, su uso está muy limitado debido a la naturaleza aislante del azufre, que hace que se degraden rápidamente y su vida útil sea inferior a las de iones de litio.

Una reconfiguración que ampliaría la vida de las baterías y su densidad

Las baterías de litio y azufre ofrecen hasta cinco veces más energía por peso, el problema está en su vida útil. Según estos investigadores, han logrado desarrollar un nuevo tipo de arquitectura para unir los componentes y así se pueda ampliar la eficiencia de la batería por más tiempo.

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Baterías que no explotan, no se incendian, no se sobrecalientan y con doble densidad: unos investigadores afirman haberlo conseguido

La Dra. Mahdokht Shaibani de la Universidad de Monash, y autora principal del estudio, declaró:

"Irónicamente, uno de los principales desafíos para la adopción masiva de las baterías de litio y azufre hasta ahora, ha sido que la capacidad de almacenamiento del electrodo de azufre es tan grande que no puede manejar el estrés resultante."

Según se explica en el estudio, la clave está en el material aglutinante que se encuentra en la matriz de carbono responsable de pasar electrones al azufre aislante. Este aglutinante polimérico mantiene a esos dos materiales juntos, y el estrés durante la carga provoca una ruptura en esta conexión que causa el rápido deterioro en el rendimiento de la batería.

El equipo de la Universidad de Monash mostrando su nueva batería.

Lo que han hecho estos investigadores en centrarse en este material, y en vez de usar el aglutinante para formar una densa masa con poco espacio libre, decidieron "dar a las partículas de azufre un poco de espacio para respirar".

Es decir, esta batería de litio y azufre ahora se basa en un agente aglutinante tradicional, pero procesado de forma diferente para formar enlaces puente fuertes entre la matriz de carbono y las partículas de azufre, lo que permite tener un espacio extra a medida que la batería se expande durante la carga.

De acuerdo a sus primeras pruebas, sometieron a la batería a 200 ciclos de carga y descarga mostrando una eficiencia de "más del 99%", algo que nunca antes se había visto en este tipo de baterías de litio y azufre. Ante esto, afirman que esta batería podría alimentar un smartphone durante cinco días continuos, o tener un coche eléctrico con hasta 1000 kilómetros de autonomía.

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Adicional a esto, aseguran que esta batería de litio y azufre también representaría un coste menor de fabricación y un menor impacto medioambiental en comparación con las baterías de iones de litio tradicionales.

El proyecto cuenta con financiación del gobierno australiano y acaban de solicitar la patente por esta investigación. También tienen previsto realizar más pruebas hacia finales de año, entre las que se encuentra el almacenamiento de energía solar, esto con miras a comercializar su desarrollo a inicios de 2021.

A día de hoy, el Santo Grial de los coches eléctricos son las baterías, las cuales siguen teniendo ciertas limitantes que impiden que este tipo de vehículos puedan desarrollar todo su potencial. Aquí tenemos, por ejemplo, la dificultad en la extracción del litio, la baja densidad/autonomía, así como los peligro que representan al ser altamente inflamables.

Ante esto, el IBM Research Battery Lab está publicando información acerca de un nuevo desarrollo, donde afirman que existe la posibilidad de crear una batería que no utiliza metales pesados, ya que se basaría en materiales que se pueden extraer del agua de mar.

Supera a las baterías de litio y es menos propensa a incendios, según IBM

De entre los detalles que ha publicado IBM, se destaca el hecho de que esta batería está diseñada para su uso en coches eléctricos y en general vehículos cuya fuente energética sea un paquete de baterías.

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De acuerdo a IBM, el diseño de esta batería permitiría superar a las actuales baterías de litio tanto en costes como en densidad de potencia y eficiencia energética. De hecho, IBM se atreve a afirmar que su batería sería capaz de recargarse al 80% en sólo 5 minutos.

Según la información, este desarrollo se basa en tres nuevos materiales patentados, donde se incluye un material de cátodo libre de cobalto y níquel y un electrolito líquido. Gracias a esta combinación, la batería no necesitaría dendritas de litio metálico durante la carga, lo que reduciría las posibilidades de que la batería se incendie.

Un punto atractivo de este desarrollo, es que IBM asegura que todos estos materiales son extraídos del agua de mar, lo que reduciría considerablemente los costes de producción. Además de que no necesitaría extraer materiales como el cobalto.

Para hacer este proyecto realidad, IBM se ha asociado con con Mercedes-Benz, el proveedor de electrolitos para baterías Central Glass y el fabricante de baterías Sidus. El objetivo a corto plazo es tener listo un prototipo funcional durante los próximos 12 meses, el cual servirá para demostrar todas las bondades de estas supuesta batería.

Investigadores de la Universidad Deakin, en Australia, acaban de publicar un interesante estudio donde muestran los resultados de sus primeras pruebas con algo que han llamado "baterías de litio en estado sólido". Es decir, habrían encontrado la manera de sustituir la parte líquida de las baterías, lo que, en teoría, daría vida baterías que no explotan, no se incendian ni se sobrecalientan. Todo un sueño hecho realidad.

Pero eso no sería todo, los responsables del estudio afirman que al hacer esto, se podría duplicar la densidad de dichas baterías, lo que abriría la puerta a baterías sumamente eficientes con gran autonomía y menos dimensiones físicas.

"baterías de litio de doble densidad en estado sólido"

El Dr. Fangfang Chen y el Dr. Xiaoen Wang, responsables del estudio, afirman haber encontrado la forma de usar polímeros industriales para crear electrolitos sólidos en baterías de litio. Explican que se trata de un gran avance que pone "el primer ejemplo claro y útil de transporte de iones de litio sin líquidos y eficiente en la comunidad científica".

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En el estudio se detalla el uso de un material de polímero sólido que unido al ión-litio sería capaz de reemplazar los disolventes líquidos volátiles, que en la actualidad se usan como electrolitos en las celdas de las baterías. Y es precisamente este líquido el que resulta altamente inflamable y un riesgo potencial en las baterías.

Es decir, en caso de que todo esto sea real, estaríamos ante baterías que no explotan. Esto haría que, por ejemplo, los coches eléctricos no representen un riesgo tras un choque o incendio; o que algunos smartphones o dispositivos con grandes baterías pudieran viajar en la cabina del avión sin ser un riesgo.

Según los responsables de la investigación, no sólo estaríamos ante baterías más seguras, sino también más eficientes y con hasta el doble de densidad. Y es que, aseguran, este electrolito de polímero sólido permitiría que las baterías funcionen con un ánodo de litio metálico, lo que "rompería el cuello de botella de la densidad de energía de la actual química de iones de litio".

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El Dr. Wang afirma que con todo esto se podría duplicar la densidad de energía en las baterías de litio en los entornos comerciales. Por ejemplo, el paquete de baterías del Tesla Model 3 de 250 Wh/kg podría saltar hasta los 500 Wh/kg, teniendo así una gran autonomía o bien, "nuevos paquetes de baterías más pequeños, más baratos y mucho más ligeros".

Chen y Wang también explican que para estas primeras pruebas usaron polímeros comerciales ampliamente disponibles en el mercado, lo que significaría que la producción a gran escala podría ser posible en unos cuantos meses en vez de años o décadas.

Sus primeras pruebas se realizaron en pilas de botón con "excelentes resultados" y lo siguiente será crear una batería del tamaño de un smartphone. Cuando consigan que esta batería esté operativa, es cuando empezarán a buscar socios comerciales para producir y sacar al mercado estas supuestas "baterías de litio de estado sólido".

Un grupo de investigadores de la Universidad de Illinois (UIC), en Chicago, están publicando los primeros resultados a las pruebas realizadas a las que serían las primeras baterías de dióxido de carbono y litio completamente recargables. Se trata de una investigación financiada y apoyada por el Departamento de Energía de los Estados Unidos, la Oficina de Eficiencia Energética y Energía Renovable, y la Fundación Nacional de Ciencias.

En en el pasado se ha demostrado que las baterías de dióxido de carbono son sistemas de almacenamiento de energía sumamente atractivos debido a la alta densidad de energía que poseen. Sin embargo, el poder desarrollar un prototipo completamente recargable no había sido posible, hasta ahora.

Hasta 500 ciclos de recarga

De acuerdo a los primeros resultados, estas baterías de dióxido de carbono son hasta siete veces más eficientes que las de iones de litio, y soportan hasta 500 ciclos consecutivos de recarga.

Según explican, cuando las baterías de dióxido de carbono y litio se descargan, la reacción electroquímica aumenta el voltaje de dicha descarga y, como resultado, convierte el dióxido de carbono en un material sólido que se acumula en el catalizador. Como parte de este proceso, se dieron cuenta que la batería sigue funcionando durante unos 10 ciclos de recarga antes de fallar.

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Alireza Ahmadiparidari, una de las autoras de la investigación y estudiante de posgrado de la Facultad de Ingeniería de la UIC, mencionó:

"La acumulación de carbono no sólo bloquea los sitios activos del catalizador y previene la difusión del dióxido de carbono, sino que también desencadena la descomposición de electrolitos en un estado cargado."

Amin Salehi-Khojin, profesor asociado de ingeniería mecánica e industrial en la Facultad de Ingeniería de la UIC, explica que para este proyecto tuvieron que probar nuevos componentes para así crear una batería experimental. Por ejemplo, habla de que añadieron disulfuro de molibdeno como catalizador catódico, y utilizaron un nuevo tipo de electrolito híbrido hecho de líquido iónico y dimetilsulfóxido, esto para ayudar a incorporar el carbono al proceso de carga.

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Con esto habrían logrado crear un solo compuesto multicomponente de productos en lugar de varios productos separados, lo que, afirma, hizo posible que el carbono se incorporara naturalmente en el proceso de reciclaje en lugar de formar una acumulación problemática en el catalizador de la batería por sí solo.

"Nuestra combinación única de materiales ayudó a fabricar la primera batería de dióxido de carbono y litio con mucha más eficiencia y larga vida útil, lo que permitirá su uso en sistemas avanzados de almacenamiento de energía."

Este proyecto está aún en una etapa muy temprana de desarrollo y todavía está lejos de verla aplicada en productos comerciales, sin embargo es una importante aproximación a lo que podríamos ver en un futuro como parte de las innovaciones en los sistemas de almacenamiento de energía.

Quienes vivimos algo más rodeados de dispositivos móviles esperamos con ansia una revolución que de alguna manera asumimos que se dará: la de las baterías. Habiendo exprimido las de litio parece que el tema esté en los materiales, y los investigadores van logrando avances interesantes como esta batería de protones recargable, algo que no se había conseguido antes.

Hasta el momento las baterías se basan en iones (de litio), cuyo funcionamiento y características nos repasaron muy bien en Xataka Móvil en esta enciclopedia de las baterías para móviles. Supimos que la tecnología de iones de litio permitió construir baterías más ligeras y compactas, pero parece que optando por protones pueden lograrse piezas más económicas y menos contaminantes.

La misma eficiencia con menor coste y más "verde"

Quizás pensemos en la eficiencia como una máxima a lograr por esa supuesta nueva tecnología de baterías, pero hay que cuidar otros aspectos como la ecología o el coste. Y estos tres pilares son los que este equipo de investigadores de la Universidad RMIT (Melborune, Australia) formado por el Dr. Shahin Heidari entre otros dicen haber logrado cumplir con la batería de protones que han creado.

¿Protones? ¿Iones? ¿De qué estamos hablando? Según explican en la publicación de la universidad, se trata de un prototipo de batería de protones que combina un electrodo de carbono con una célula de hidrógeno en estado sólido.

El Dr. Shahin Heidari (izquierda), el profesor John Andrews (centro) y otro componente del equipo, el estudiante de doctorado Saeed Seif Mohammadi. En la foto faltaría el Dr. Amandeep Singh Oberoi. (Imagen: a href="https://www.rmit.edu.au/news/all-news/2018/mar/all-power-to-the-proton">RMIT)

Durante la carga, los protones producidos por separación del agua (reacciones químicas para dividir el agua en oxígeno e hidrógeno, water splitting) y conducidos a través de una membrana para unirse directamente con el material de almacenamiento con la ayuda de los electrones que proporciona el voltaje aplicado, sin que haya emisión de hidrógeno gaseoso (evitando así pérdidas de potencial).

Hasta ahora lo que no se había logrado era que fuese recargable de manera notable (se había logrado anteriormente en esta universidad, pero a niveles muy bajos). Así, este nuevo prototipo es además de recargable más ecológico y más económico, al haber optado por carbono activo y no otros materiales menos comunes y más caros, logrando eficiencias comparables con las baterías de ion litio comerciales, según el equipo.

A cinco años de verlas en el mercado, según sus creadores

Las baterías de iones de litio son las más comunes en la actualidad, hablando no sólo de móviles, sino en general. Este material tiene un almacenamiento energético mayor que otros componentes usados anteriormente como el níquel o el cadmio además de no sufrir el llamado "efecto memoria", por lo que acabó imponiéndose.

No obstante, con dispositivos cada vez más potentes y exigentes a nivel energético, y cada vez más y más compactos, parece que este material empiece ya a tocar techo y necesitemos una evolución. También teniendo en cuenta la pérdida de eficiencia por la degradación, si bien los fabricantes han ido mejorando la tecnología prolongando el número de ciclos antes de que ésta sea acusada.

De ahí que se miren más opciones, entre las cuales está el grafeno que llegó a sonar mucho como componente interno de futuras baterías. Aunque para este material por ahora hay mucho ruido y pocas nueces en lo referente a baterías, veremos si al final vemos antes las de protones de manera comercial.

Sobre sus futuras aplicaciones, de lo que habla el equipo es de baterías para el hogar, como las Power Wall de Tesla, e incluso para los coches eléctricos, así como para instalaciones como la Hornsdale Power Reserve de Australia, también de Tesla. El plazo que se dan los propios investigadores no es largo ni mucho menos, hablando de cinco años para verlas en el mercado.

Imagen | RMIT
Vía | The Guardian
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Parece que éste tampoco será el año de linux en el escritorio, pero puede que sea el año de las renovables en nuestros enchufes. Hemos intentado muchas cosas, pero la tecnología actual hace que aún sea difícil conseguir que la energía sea cien por cien verde en la mayoría de países del mundo.

Un grupo de investigación holandés acaban de anunciar en Environmental Science & Technology Letters que han desarrollado la primera una batería recargable basadas en bacterias. Sí, en bacterias. Suena raro pero el futuro de las energías renovables pueden depender de ellas.

El problema de las renovables

Las energías renovables van ganando terreno poco a poco: hace unos días, nos enterábamos que Escocia ya produce más de la mitad de la energía que necesita gracias a energías renovables. Ya habíamos hablado de Uruguay y de otros tantos países. La energía renovable parece imparable pero su crecimiento tiene un gran problema.

Los países que basan su sistema energético en fuentes renovables en realidad se basan en la energía hidroeléctrica. Paraguay, Buthan o Lesotho no sólo pivotan sobre grandes presas hidrológicas sino que las exportaciones energéticas son una parte importante de sus economías. El 40% de las exportaciones de Buthan son precisamente ventas de excedentes de energía.

Y es que el mayor problema de otras fuentes de energía renovable como la solar o la eólica es que no son constantes: dependemos de la cantidad de viento o de la hora del día. Al fin y al cabo, la energía es como el pescado, se conserva mal. Y esto, aunque no es un problema insalvable, dificulta mucho diseñar políticas de transición energética.

Necesitamos mejores baterías

Hace aproximadamente un año estábamos hablando sobre las Tesla Powerwall, las baterías que el equipo de Musk había diseñado para abastecer el hogar. Estaba claro que era una apuesta de fondo hacia la introducción de las renovables en las casas (y de hecho, están surgiendo alternativas más baratas). Pero no es suficiente. Las soluciones actuales son caras y arrastran problemas de seguridad.

Por eso hay varios equipos de investigadores que están tratando de crear baterías basadas en microorganismos. No es algo nuevo, la electrosíntesis microbiana se lleva estudiando desde hace una década por lo menos. La novedad es que un equipo de investigadores han desarrollado un modelo útil de batería recargable basado en dos sistemas microbianos diferentes: uno utiliza bacterias que, al ser estimulados con electricidad, producen acetato y otras que al consumir acetato producen electricidad. Durante el día, las baterías energéticas son capaces de acumular suficiente acetato como producir energía durante la noche. Un paso de gigante para conseguir energía barata, segura y a disposición de todos. A pesar de los gobiernos.