Investigadores de Oxford y Sevilla buscan baterías de litio menos contaminantes
La batería es el componente más complejo y caro del coche eléctrico. Las más extendidas en la actualidad son las de ión-litio, el más ligero de todos los metales con una alta energía y potencia específicas. Su precio supone, según fabricantes de la automoción, entre un 25 y un 35 por ciento, aproximadamente del coste total del coche. De media, se estima que sus baterías admiten hasta 3.000 ciclos de carga completos. O lo que es lo mismo: si se vaciara y rellenara una vez al día, duraría unos ocho años. Es más, para garantizar su fiabilidad, los fabricantes recomiendan que la batería nunca llegue a descargarse del todo, así los ciclos de carga aumentan.
Las baterías evolucionan a pasos agigantados. Y no solo en capacidad y reducción de peso, sino en formas de alimentación: no necesitará cables y podrá cargarse mientras se circula como ocurre con el sistemas en fases de desarrollo, como el carril bus con carga inductiva desarrollado por Endesa y que está en pruebas en Málaga. Las baterías de ion-litio se seguirán utilizando a medio plazo, pero la apuesta a largo plazo será el grafeno, puesto que prometen un 75 por ciento menos de peso frente a las de litio, cinco veces más autonomía -hasta los mil kilómetros-, con un 30 por ciento menos de tamaño o una recarga en menos de diez minutos.
Investigadores de la Universidad de Oxford y de la Universidad de Sevilla han publicado un reciente estudio en la revista Nature en el que definen nuevas estrategias para la fabricación de una generación de baterías de iones de litio más eficientes y seguras. Pretenden así superar algunas de las limitaciones que estos dispositivos plantean actualmente: su capacidad de almacenamiento y la contaminación derivada de algunos de los elementos usados para construirlos.
Para ello han estudiado dos tipos de cátodos muy semejantes en su composición, pero que presentan comportamientos totalmente distintos: uno de ellos sufre la conocida pérdida de densidad de energía en el primer ciclo, y el otro no. “Esta diferencia de comportamiento se debe a la formación en uno de ellos de una superestructura nueva, es decir, a un ordenamiento muy particular de los átomos metálicos”, explica Juan Gabriel Lozano , investigador de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería de la Universidad de Sevilla . Se ha demostrado que esta característica previene la reestructuración durante el primer ciclo de carga y descarga . “Este resultado nos permitiría superar uno de los principales cuellos de botella que hasta ahora ha encontrado el desarrollo de este tipo de tecnología”, explica el investigador.
Las baterías de ion de litio han revolucionado la tecnología de dispositivos portátiles, y su uso está hoy en día generalizado en teléfonos móviles, ordenadores portátiles, etc. En reconocimiento a ello, los creadores de este tipo de baterías han recibido el premio Nobel de Química de este año 2019. Sin embargo, existen aún determinados problemas que es necesario resolver. En primer lugar, “las baterías de iones de litio convencionales no son capaces de almacenar energía suficiente para que su uso se extienda a mayor escala en coches eléctricos. Además, la mayoría emplea en sus cátodos metales que son tóxicos, contaminantes y que llevan asociados importantes problemas de seguridad. Por todo ello, entre la comunidad científica existe un interés creciente por desarrollar nuevos materiales que solventen estos problemas”, explica el investigador de la Universidad de Sevilla.
Entre los candidatos más potentes para reemplazar parte de la tecnología actua, están los llamados cátodos de óxidos de metales de transición ricos en litio. Estos cátodos son capaces de almacenar mayor densidad de energía que los convencionales y además son más seguros, económicos y respetuosos con el medio ambiente. Sin embargo, presentan un inconveniente fundamental, y es que una buena parte de la densidad de energía se pierde en el primer ciclo de carga y descarga. Este problema, asociado a la reestructuración atómica de los cátodos durante la extracción e inserción del litio, hacía que su implementación no fuera factible todavía. Sin embargo, el hallazgo plasmado en este artículo permitirá superar dicha dificultad.
Las baterías evolucionan a pasos agigantados. Y no solo en capacidad y reducción de peso, sino en formas de alimentación: no necesitará cables y podrá cargarse mientras se circula como ocurre con el sistemas en fases de desarrollo como el carril bus con carga inductiva desarrollado por Endesa y que está en pruebas en Málaga. Las baterías de ion-litio se seguirán utilizando a medio plazo, pero la apuesta a largo plazo será el grafeno, puesto que prometen un 75 por ciento menos de peso frente a las de litio, cinco veces más autonomía -hasta los mil kilómetros-, con un 30 por ciento menos de tamaño o una recarga en menos de diez minutos.
La batería proveniente del vehículo eléctrico se convertirá en un importante componente dentro del mundo de la energía», detallan desde Renault.
Asimismo, cuando la vida útil de la batería alcanza en torno al 75 por ciento de su capacidad , y, por tanto, «no es apropiada para la tracción del vehículo, sí lo será para usos estacionarios», detallan desde el INSIA. «Esto permite que su vida útil se pueda ampliar a unos 20 años, sumando los 10 de media para dar servicio al vehículo y otros 10 para las aplicaciones estacionarias».
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