Nuevas baterías con más capacidad que las tradicionales de ión-litio

Un cruce entre las baterías de ión-litio y aire-litio podría dirigirlas hacia un nuevo tipo de almacenamiento de energía de larga duración con alta capacidad (Nat. Energy 2016, DOI: 10.1038/nenergy.2016.111). Este avance podría ayudar a los vehículos eléctricos a volverse más comunes y asequibles.

Las baterías de aire-litio sobre el papel son mejores. En teoría, pueden empaquetar aproximadamente 10 veces tanta energía por peso como las baterías de ión-litio convencionales, como las utilizadas como baterías de teléfonos móviles. Pero las pilas que “respiran aire” no lo han hecho todavía fuera del laboratorio porque fallan enseguida. Esas baterías además son eléctricamente ineficientes ya que el voltaje requerido para cargarlas es superior al obtenido mientras se están usando.

En las baterías que respiran aire, el oxígeno necesario para las reacciones electroquímicas viene del propio aire y reacciona con el litio que hay en el interior de la batería, formando óxidos de litio, principalmente peróxido de litio (Li₂O₂). Ese compuesto es una de las claves del peso ventajoso de las baterías aire-litio: tiene un peso molecular mucho más bajo que el del los óxidos mixtos de litio y metales de transición, como el LiCoO2, usado en las baterías tradicionales de ión-litio.

Pero la reacción en la que se forma Li₂O₂ no es del todo reversible. Cuando el óxido se acumula, atasca los poros del electrodo dificultando la "respiración",  la obtención rápida de oxígeno y reversibilidad de dentro de la batería a la superficie del electrodo.

Por ello Ju Li, investigadora del MIT, junto con Jun Lu y sus compañeros del Laboratorio Nacional de Argonne y Lu Qi de la Universidad de Pekín, elaboraron un sistema de baterías que aprovechara las ventajas del Li₂O₂ pero evitase los problemas de los sistemas de aire-litio. Ellos hicieron un material que consistía en nano parches de óxido de litio (LiO₂) dispersos en una matriz de óxido de cobalto catalítico y usaban el material como electrodo positivo en una batería sellada (sin entrada de aire) de ión-litio.

Sobre las bases de las medidas electroquímicas y espectroscópicas, el equipo mostró que durante el funcionamiento de la batería, el LiO₂ es convertido de manera reversible a Li₂O₂ y LiO₂. La batería presume de una capacidad de almacenamiento que se aproxima al valor teórico de las de aire-litio, y es cercano a un valor tres veces superior que el de las baterías ión-litio. La capacidad cae sólo un 1.8% después de 130 ciclos de carga. Además, las cargas de la batería son más eficientes que las de las típicas de aire-litio.

Hoy en día existe una búsqueda mundial de baterías que puedan sobrepasar las de ión-litio en términos de almacenamiento de energía, dice Laurence J. Hardwick de la Universidad de Liverpool, quien escribió un comentario en la misma edición de Nature Energy. El nuevo estudio añade “un prometedor sistema de baterías de almacenamiento de alta energía a la mezcla.” Él añade que el detalle de la investigación espectroscópica descrito en el artículo facilitará enormemente el futuro desarrollo de este sistema.

Traducción al español producida por Marta Isabel Gutiérrez Jiménez de Divulgame.org para C&EN. La versión original (en inglés) del artículo está disponible aquí.