Nos estamos quedando sin litio para las baterías, llegan las orgánicas

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Poder guardar y almacenar la energía eléctrica es cada vez más importante en nuestro estilo de vida moderno, en el que muchos de los dispositivos que utilizamos funcionan con baterías: relojes, móviles, portátiles, tablets… y, dentro de poco, los coches.

Muchas de estas baterías funcionan con litio, el metal más ligero conocido. Las baterías de ion litio son una de las claves que permiten que nuestros gadgets tengan un peso ligero y puedan ser recargables. Sin embargo, el litio no es infinito, pese a que su demanda aumenta año tras año. Según el US Geological Survey, tanto Argentina como Chile aumentaron su producción de litio un 15 por ciento en 2014 solo para satisfacer la creciente demanda. En todo el mundo, la producción aumentó un 6 por ciento.

El litio, además, se utiliza para otras industrias, como en la fabricación de aviones y para la salud mental (el carbonato de litio es un tratamiento común del trastorno bipolar, ayudando a estabilizar los cambios de humor causados por esta enfermedad).

Banco de energía Lenovo ThinkPad de 10.000 mAh

Nuevos materiales, nuevas opciones

La industria intenta desde hace tiempo encontrar nuevos materiales que, por un lado, eviten los problemas que tienen las actuales baterías y, por otro, que resulten más respetuosas con el medio ambiente.

Para algunos, el mayor desafío al que se enfrenta la humanidad ahora mismo es encontrar la forma de guardar la energía sin arruinar el medio ambiente.

Es cierto que si los vehículos eléctricos reemplazan la mayor parte del transporte con gasolina, las baterías de iones de litio ayudarán a reducir significativamente las emisiones de gases de efecto invernadero (por lo que estas baterías son de interés, tanto para la industria como los gobiernos).

Sin embargo, mirando hacia el futuro, hay muchos que dudan de que las baterías de iones de litio sean capaces de alimentar las necesidades mundiales de almacenamiento de energía portátil a largo plazo. Además, la escasez de litio y de otros metales utilizados en las baterías de iones de litio puede convertirse algún día en un problema.

El reto es sustituir los metales convencionales por otros orgánicos y que sean una alternativa prometedora. Varias investigaciones aseguran que la próxima generación de baterías orgánicas son mejores que las actuales en términos de velocidad de carga y estabilidad y durabilidad de las mismas.

Como un embalse de agua y electricidad

La industria y la comunidad científica respaldan varias de las investigaciones de diferentes universidades cuyo reto es encontrar un componente biológico que permita almacenar la electricidad con menos riesgos.

Así, por ejemplo, en la Universidad del Sur de California (USC) un grupo de investigación está trabajando en una batería orgánica a base de agua, esta es más barata y más respetuosa con el medio ambiente. Además, este tipo de batería no se utilizaría solo en dispositivos de consumo, sino que también tiene el potencial de poder ser utilizada en las plantas de energía solar y eólica como un medio para almacenar grandes cantidades de energía.

La tecnología desarrollada por el equipo de USC es lo que se llama una batería orgánica de flujo reducido. Es como una celda de combustible, similar a la desarrollada para el proyecto Helios de la NASA para proporcionar energía eléctrica a los drones. Consiste en dos tanques que contienen soluciones de productos químicos electroactivos. Estos se bombean en una célula, que se divide por una membrana. Las soluciones interactúan a través de la membrana y se produce electricidad.

Según el equipo, los tanques pueden ser de cualquier tamaño en comparación con las células, por lo que la cantidad total de energía que el sistema puede almacenar depende de lo grande que sean los tanques. La batería de flujo también tiene una vida útil mejor que las baterías de iones de litio y sus variantes.

“Las baterías duran alrededor de 5.000 ciclos de recarga, lo que les da una esperanza de vida estimada de 15 años”, asegura Sri Narayan, profesor de química en la Facultad. “Las baterías de iones de litio se degradan después de unos 1.000 ciclos y cuestan 10 veces más que fabricar”.

Más baratas y más seguras

Ésta de California no es la única batería de flujo, que almacenan energía en soluciones líquidas en tanques externos —cuanto más grandes son los tanques, más energía almacenan—.

Las baterías de flujo son una solución de almacenamiento prometedora para la energía renovable e intermitente, como el viento y la energía solar. Sin embargo, el principal problema que tienen este tipo de baterías es que sufren una degradación en su capacidad de almacenamiento de energía después de acometer muchos ciclos de carga y descarga. Esto conlleva que sea necesario llevar a cabo un mantenimiento periódico para restaurar la capacidad que tenían en sus inicios.

En Harvard han desarrollado una nueva batería de flujo que almacena energía en moléculas orgánicas disueltas en agua con pH neutro. Esta nueva química permite una batería no tóxica y no corrosiva con una vida útil excepcionalmente larga. Además, sus creadores aseguran que tiene el potencial para disminuir significativamente los costes de producción.

“Este trabajo sobre los electrolitos orgánicos solubles acuosos es de gran importancia al mostrar el camino hacia futuras baterías con una vida de ciclo enormemente mejorada y un coste considerablemente menor”, dijo Imre Gyuk, Director de Investigación de Almacenamiento de Energía en la Oficina de Electricidad del DOE. “Espero que las baterías de flujo de larga duración sean un estándar”.

Apréndete esta palabra: quinonas

Esta misma universidad también se ha destacado por otros estudios en materia de baterías orgánicas. Por eso, y aunque puede que nunca hayas oído hablar de las quinonas (no confundir con la quinoa, tan de moda), quizá tengas que acostumbrarte a este término si la investigación de un equipo de la Universidad de Harvard avanza.

Estos investigadores creen que una batería recargable barata que aprovecha la energía utilizando la electroquímica de moléculas orgánicas en lugar de metales puede ser una buena opción para el reemplazo de las baterías actuales.

Esta batería utiliza compuestos orgánicos abundantes y pequeños, llamados quinonas, en lugar de electrocatalizadores de metales costosos como el platino. Las quinonas serían baratas de obtener y se pueden encontrar en plantas verdes o sintetizadas a partir de crudo.

Las quinonas de la batería del equipo de Harvard se disuelven en agua, lo que también les impide prender fuego. Estas hidroquinonas realizarían una función similar a los electrocatalizadores metálicos como el platino, porque las moléculas pueden almacenar eficientemente la energía eléctrica.

Según una revisión del MIT Technology, una batería convencional de flujo de metal cuesta unos 700 dólares por kilovatio-hora de capacidad de almacenamiento, mientras que la tecnología sin metal del equipo de Harvard reduciría esos costos a 27 dólares por kilovatio-hora.

Del aire también se puede vivir

Además del agua, algunos investigadores también están experimentando con otra serie de componentes, más concretamente, del litio aire, que conlleva usar oxígeno como oxidante, en lugar de un material. El resultado son baterías que pueden tener un precio cinco veces más barato y usan un quinto de la energía que el ion-litio. A ello habría que añadir el hecho de que su duración podrían prolongarse cinco veces más que las actuales.

El nuevo descubrimiento se hizo en la Universidad de Dallas y debe ayudar a impulsar los avances en el litio-aire.

De momento, todas estas investigaciones siguen sin llegar al mercado, porque se tarda bastantes años en completar todo el ciclo de investigación. Además, estas pruebas de concepto tienen que demostrar su viabilidad, también económica. Pero son una buena base para que en un futuro no muy lejano utilicemos baterías fabricadas con componentes orgánicos en lugar de metales.

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