Científicos de la Universidad de Ciencias de Tokio, en Japón, han desarrollado un modo de mejorar las prestaciones de las baterías de magnesio. La clave está en un cátodo de magnesio, vanadio y manganeso.
Actualmente, las baterías de iones de litio no tienen rival en el mercado y copan sectores tan diversos como el tecnológico o el automotriz.
Sin embargo, adolecen de algunas desventajas importantes que son difíciles de ignorar. Por un lado, el litio es bastante caro, y el hecho de que se extraiga a un ritmo extremo no ayuda. Además, la densidad energética de las baterías de iones de litio no es suficiente para otorgar autonomía a vehículos eléctricos y maquinaria pesada sin comprometer otros aspectos importantes, como el peso, los costes o la seguridad.
Por esta razón, se encuentran en desarrollo muchos procesos de investigación y desarrollo para encontrar alternativas viables para las baterías de litio. Y las de magnesio son una opción más entre las candidatas a conseguirlo.
Baterías de magnesio, eficientes y económicas
Un equipo de científicos de la Universidad de Ciencias de Tokio ha encontrado una composición específica para un material de cátodo de batería secundaria de magnesio con estructura de espinela (óxidos metálicos con fórmula química AB2O4 y estructura cristalina cúbica) que podría mejorar la capacidad y la ciclabilidad de las baterías de magnesio.
El magnesio es un candidato prometedor como portador de energía para las baterías de próxima generación, ya que es seguro y abundante, y tiene el potencial de ofrecer mayores capacidades de batería.
Sin embargo, su bajo voltaje y el rendimiento cíclico poco fiable que presentan este tipo de baterías han sido un desafío hasta ahora. Los científicos han estado buscando materiales de cátodo para mejorar el rendimiento de los materiales de cátodo basados en el sistema MgV (Magnesio-Vanadio) y han encontrado el camino correcto hacia el éxito.
En concreto, se centraron en el sistema Mg1,33V1,67O4, pero sustituyeron una cierta cantidad de vanadio por manganeso (Mn), obteniendo materiales con la fórmula Mg1,33V1,67−xMnxO4, donde x va de 0,1 a 0,4.
Resultados prometedores, pero aún queda trabajo por hacer
Si bien este sistema ofrecía una gran capacidad teórica, era necesario analizar más detalles sobre su estructura, ciclabilidad y rendimiento del cátodo para comprender su utilidad práctica. En consecuencia, los investigadores caracterizaron los materiales del cátodo sintetizado utilizando una amplia variedad de técnicas estándar.
Los investigadores caracterizaron los materiales del cátodo sintetizado utilizando una amplia variedad de técnicas estándar, como difracción y absorción de rayos X, así como microscopía electrónica de transmisión.
Las pruebas revelaron una alta capacidad de descarga para estos materiales catódicos, pero esta también varió significativamente según el número de ciclos. Para entender por qué, analizaron la estructura local cerca de los átomos de vanadio en el material.
«Parece que la estructura cristalina particularmente estable junto con una gran cantidad de compensación de carga por parte del vanadio conduce a las propiedades superiores de carga y descarga», comenta el profesor Idemoto, doctorado en Química e Ingeniería, y especializado en materiales aplicados para baterías y celdas de combustible y química física e inorgánica. «Tomados en conjunto, nuestros resultados indican que Mg1,33V1,67O4 podría ser un buen material de cátodo candidato para baterías recargables de magnesio».
Satisfecho con los hallazgos actuales y esperanzado con lo que está por venir, el profesor Idemoto concluye que, «a través de futuras investigaciones y desarrollos, las baterías de magnesio podrían superar a las baterías de iones de litio gracias a la mayor densidad de energía de las primeras».
Fuente: Universidad de Ciencias de Tokio
