La tecnología de iones de litio domina el mercado de las baterías, pero aún plantean muchas limitaciones que animan a la ciencia y a la industria a seguir buscando una alternativa más sostenible, económica y segura. Científicos de la Universidad de Hong Kong afirman haberla encontrado.
Un equipo de investigadores del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Hong Kong ha descubierto una nueva vía de investigación para crear la batería definitiva: una que sea mucho más respetuosa con el medio ambiente, barata y segura que las baterías de iones de litio que actualmente dominan el mercado.
Este equipo, dirigido por el profesor Dennis Leung, ha desarrollado una química acuosa recargable con ánodo metálico de magnesio. Pero, ¿qué tiene de especial?
El Magnesio, un material no tóxico y abundante en la tierra
Uno de los mayores inconvenientes de las baterías de iones de litio es que dicho material es tóxico, escaso y costoso de extraer. Esto ha llevado a los científicos a buscar alternativas, pero por el momento ninguna ha evolucionado lo suficiente como para desplazarlo de su hegemonía.
En cambio, el magnesio constituye el 2 % de la corteza terrestre. Es decir, es 1000 veces más abundante que el litio. Hasta ahora, el magnesio no se ha utilizado en las baterías por considerarse difícil de usar por su alta reactividad. No sólo eso, además el magnesio se pasiva cuando entra en contacto con la humedad, generando una capa de oxidación impermeable que hace imposible las reacciones redox.
A consecuencia de eso, las baterías de magnesio existentes utilizan electrolitos orgánicos no acuosos, pero son costosas, inestables y poco conductoras. Pero los investigadores de la Universidad de Hong Kong descubrieron que, contrariamente a la creencia tradicional, la recarga se puede lograr en un sistema de batería de magnesio acuoso. Esto es posible gracias a que la película de pasivación de este se puede regular utilizando un electrolito de ‘agua en sal’ a base de cloruro acuoso.
«Con una alta capacidad teórica y un potencial electroquímico negativo, el magnesio es un material de ánodo atractivo», señala el profesor Leung. «El magnesio tampoco es tóxico y es abundante en la tierra». Por tanto, considera que «sería un candidato prometedor para baterías sostenibles y de bajo costo si podemos desbloquear el potencial de las baterías acuosas de magnesio».
Electrolito de agua en sal
Un electrolito de ‘agua en sal’ es una mezcla sobresaturada en la que la masa de soluto supera la del solvente. «La disponibilidad limitada de agua libre en el electrolito del agua en la sal restringe la descomposición del agua y aborda la causa principal de la pasivación», explica el Doctor Wending Pan, becario postdoctoral del Departamento de Ingeniería Mecánica que se especializa en el estudio de los electrolitos de agua en sal.
El equipo de investigadores también descubrió que la adsorción de iones de cloruro puede proteger la superficie de magnesio al disolver parcialmente los óxidos y exponer el metal nativo a las reacciones redox. Con agua libre limitada, el electrolito de agua en sal a base de cloruro combate con éxito la pasivación de magnesio.
«Usando el novedoso electrolito de agua en sal, la película de pasivación original se puede convertir en una capa de óxido metálico conductor, proporcionando vías iónicas para las operaciones de baterías recargables», desvela el estudiante de doctorado Kee Wah Leong, quien estudió la superficie del ánodo de magnesio en detalle.
Todo esto da como resultado una batería con una excelente capacidad de recarga durante más de 700 ciclos estables con un alto nivel de descarga de 2,4-2,0 V. Esto supera el voltaje de celda de otras baterías de iones multivalentes, incluidas las baterías de zinc y aluminio.
Eso sí, dicho voltaje aún no es comparable con el que ofrecen las baterías comerciales de iones de litio, aunque su rendimiento puede mejorarse con un mayor desarrollo. «La batería sirve como prueba de concepto y demuestra por primera vez la ciclabilidad a largo plazo de una batería acuosa de magnesio», concluye el profesor Leung.
