Baterías de litio-aire con electrolito acuoso

Las baterías de litio-aire son la gran promesa para los vehículos eléctricos pero aun tienen un largo camino que recorrer para llegar a la capacidad teórica que prometen, 11.140 Wh/kg, una energía específica que de alcanzarse superará el valor energético de la propia gasolina.

Por el momento los resultados están lejos de este valor pero no faltan nuevas ideas para ponerla en funcionamiento. Un equipo de la Universidad de Mie, en Japón, está trabajando en baterías de litio-aire con electrolito acuoso que gracias a una protección del ánodo con varias capas pueden llegar a los 300 Wh/kg, lo que duplicaría la capacidad energética de las ion-litio comerciales.

Como explica Nobuyuki Imanishi, responsable del proyecto, «las baterías de litio-aire son ligeras y ofrecen una gran cantidad de energía eléctrica». Por esta razón «mucha gente espera que algún día sean usadas en vehículos eléctricos.» Sin duda alguna las baterías recargables de litio-aire son la mejor alternativa para los vehículos eléctricos y están atrayendo mucha atención.

El principal argumento para apostar por esta tecnología es que son las únicas que se pueden equipara a la gasolina en densidad energética. Las baterías de litio-aire tienen una energía específica teórica de 11.140 Wh/kg. Es decir, toda la batería de un Nissan Leaf o un Renault Zoe en poco más de 2 kilos de peso.

La principal diferencia entre las baterías de iones de litio y litio-aire, u otras del tipo metal-aire, es que estas últimas reemplazan al cátodo tradicional con aire. Eso hace que las baterías de metal-aire sean más ligeras que las de ion litio, lo que conlleva poder meter más energía en el mismo peso que las baterías comerciales comerciales.
Pero, como no podía ser de otro modo, estas baterías todavía tienen algunos problemas que necesitan ser resueltos. El electrolito utilizado es por lo general un material orgánico. Este tiende a reaccionar con el litio formando Li2O2, que  se deposita en la superficie del cátodo e impide el correcto funcionamiento de la celda.

Tambien se puede usar un electrolito con base acuosa. La principal diferencia es que el producto de la reacción con el electrolito acuoso es LiOH·H2O, que es es soluble en el electrolito por lo que no se deposita en los electrodos, permitiendo mantener una rápida interacción con el electrodo de aire. Pero el litio puede reaccionar en exceso con el agua y la vida del ánodo se reduce considerablemente.

La estrategia del grupo de la universidad de Mie consiste en proteger el ánodo de litio metálico frente al agua usando una capa protectora. Pero no es tan sencillo. Al añadir esta capa se reduce la interacción del electrolito con el litio aunque como consecuencia se reduce también la potencia de la celda.

La solución a este problema ha sido una multicapa, constituida por un electrolito polimérico con alta conductividad directamente sobre el litio y un segundo electrolito sólido entre la capa de polímero y la solución acuosa.

Por el momento han conseguido, gracias a esta estructura multicapa, una celda con 300 Wh/kg, el doble de  energía por kilogramo que las pilas de ion-litio comerciales capaz de aguantar 100 ciclos. Estos resultados se han presentado en el 247 National Meeting & Exposition of the American Chemical Society (ACS). Cabe decir que en trabajos anteriores este grupo alcanzó los 779 Wh/kg para baterías de litio-aire con una estrategia muy similar.

Fuente | ACS