08/10/2015 - Avances en almacenamiento de energía mediante tecnología litio-aire

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Las máquinas y electrónica del futuro buscan vías de almacenamiento de energía que les permitan incrementar su autonomía. Día a día la ingeniería estudia alternativas con una mayor capacidad de almacenamiento, lo que ha permitido que desde 1991,  año en el cual se pusieron a la venta las primeras unidades, la tecnología de las baterías de iones de litio haya ido  evolucionado de forma continua.

Se estima que el valor de mercado a escala mundial de estos dispositivos alcanzará los 30.000 millones de euros en 2019. Su uso es necesario en casi cualquier dispositivo electrónico.

Extraer energía “del aire”

Una de las alternativas con mayor proyección para esta tecnología son las denominadas baterías litio-aire, es decir, baterías que cuentan con un ánodo metálico y un cátodo basado en aire que constantemente extrae oxígeno de su entorno.

Esta tecnología fue propuesta originalmente en la década de 1970, pero no ha sido hasta hace unos años, que recuperó su interés científico debido a los avances en la tecnología de materiales y una creciente demanda de fuentes de energía ambientalmente seguras e independientes del petróleo.

El principal atractivo de la batería Li-air es su elevada densidad de energía, una medida de la cantidad de energía que una batería puede almacenar para una masa dada. Una batería de litio-aire tiene una densidad de energía (por kilo) comparable a la tradicional de la gasolina (por kilo). Las baterías de Li-aire obtienen esta ventaja en la densidad de energía, ya que utilizan el oxígeno del aire en lugar de almacenar un oxidante internamente. Pero también tienen un gran inconveniente, su vida útil sigue siendo muy limitada.

Proyecto STABLE. Mejoras centradas en la tecnología litio-aire

El profesor Qiuping Chen, catedrático de la Universidad Politécnica de Turín, coordina un proyecto centrado en incrementar la duración de estos dispositivos de almacenamiento. Según el profesor Chen “El principal reto reside en ampliar su durabilidad, la cual se limitaba a cincuenta ciclos de carga-descarga como máximo”. Esta cifra es ridícula si se compara con las de las baterías de iones de litio, las cuales pueden llegar a entre cuatrocientos y mil doscientos ciclos durante toda su vida útil.

Los responsables del Proyecto STABLE se plantearon objetivos claros: aumentar la capacidad de cincuenta a entre cien y ciento cincuenta ciclos y demostrar este logro en celdas funcionales en un plazo de tres años en el contexto de las baterías para automóviles eléctricos, un mercado emergente.

“El éxito del proyecto es absoluto en este sentido, pues hemos alcanzado 151 ciclos”, afirmó el profesor Chen, “Aunque su influencia sobre la autonomía del automóvil por ciclo depende sobremanera de la densidad de energía, el tamaño y la cantidad de células, pero confiamos en que dicha influencia sea importante”.

Líneas de trabajo

El profesor Chen y su equipo dedicaron su investigación a las tecnologías y los materiales del ánodo, el cátodo y el electrolito de las baterías, y también investigaron técnicas de ensamblaje fundamentales para el rendimiento, el coste y el impacto medioambiental.

Gracias a estas vías mejoraron la vida útil incrementando los posibles ciclos de las baterías de litio-aire, a escala laboratorio, por distintos medios. El primero de ellos fue mediante un proceso de catálisis bifuncional capaz de regenerar la batería con eficacia. A continuación protegieron el ánodo de litio contra la formación de dendritas mediante membranas, incrementado la estabilidad del electrolito para mejorar la solubilidad del Li2O2 y evitar la obstrucción del cátodo se obstruyese.

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