Nueva batería de litio-aire que logra multiplicar por cuatro la capacidad de las baterías de litio y superar los 1.000 ciclos

El sueño de lograr una batería que permita a un coche eléctrico ofrecer la autonomía de un modelo con motor de combustión, sin tener que lastrar el vehículo con toneladas, está cada vez más cerca. Uno de los últimos movimientos llega desde el Instituto de Tecnología de Illinois y el Laboratorio Nacional Argonne, dependiente del Departamento de Energía de los Estados Unidos, han desarrollado una batería de litio-aire que podrá hacer realidad ese sueño.

Y es que la densidad energética y volumétrica es muy importante en aplicaciones como el transporte por carretera. Pero clave en otros sectores potencialmente muy interesante como el aéreo. Algo que el nuevo diseño de litio-aire desarrollado por estos equipos podría permitir comenzar a abordar de una forma más amplia.

El principal componente de este nuevo diseño de litio-aire es un electrolito sólido, que sustituye al electrolito líquido habitualmente usado en la industria. Un avance cuyos detalles han sido publicado en la revista Science.

Gracias a esto, las baterías ofrecen beneficios que empiezan por una mayor seguridad por su estabilidad térmica. De nuevo, un aspecto importante en los coches o vehículos que se mueven por tierra, pero fundamental para lograr su expansión en sectores como los aviones.

Batería de litio-aire, mayor seguridad y densidad energética

Sin duda el punto más interesante es que la química de las baterías desarrolladas por este equipo permitirá aumentar la densidad energética hasta cuatro veces respecto a las baterías de litio actuales. Algo que se traduce directamente en mayores autonomías.

Según sus diseñadores: «Esta batería de litio-aire tiene la densidad energética proyectada más alta de cualquier tecnología de batería que se esté considerando para la próxima generación más allá de las de iones de litio«.

En diseños anteriores de litio-aire, el litio en un ánodo de metal de litio se mueve a través de un electrolito líquido para combinarse con oxígeno durante la descarga, produciendo peróxido de litio (Li 2 O 2 ) o superóxido ( LiO 2 ) en el cátodo. El peróxido o superóxido de litio se vuelve a descomponer en sus componentes de litio y oxígeno durante la carga. Esta secuencia química almacena y libera energía según la demanda.

Pero en este caso se ha utilizado un electrolito sólido compuesto por un material de polímero cerámico hecho de elementos relativamente económicos en forma de nanopartículas. Este nuevo sólido permite reacciones químicas que producen óxido de litio (Li 2 O) en la descarga.

Según Rachid Amine, del Laboratorio Argonne: «Más electrones almacenados significa una mayor densidad energética. La reacción química del superóxido o peróxido de litio solo involucra uno o dos electrones almacenados por molécula de oxígeno, mientras que la del óxido de litio involucra cuatro electrones”.

El diseño de litio-aire del equipo es la primera batería de litio-aire que ha logrado una reacción de cuatro electrones a temperatura ambiente. También funciona con oxígeno suministrado por el aire del entorno circundante. La capacidad de funcionar con aire evita la necesidad de tanques de oxígeno para operar, un problema con los diseños anteriores.

Pero una de las claves de esta química ha sido hasta ahora su baja vida útil. Pero en este caso los desarrolladores han dado con la clave, lo que les ha permitido en los primeros prototipos lograr superar os 1.000 ciclos de carga y descarga repetidos, demostrando su estabilidad durante el proceso.

Esto ha llevado a los diseñadores a establecer un objetivo de lograr una batería dotada de una densidad energética récord de 1.200 Wh/kg. Eso es casi cuatro veces mejor que las actuales baterías de litio comerciales.

Por supuesto como siempre, la pregunta aquí es el cuándo. De momento no hay fechas para su llegada a una fase comercial, pero si tenemos en cuenta los plazos de otros fabricantes, es de esperar que los más de 10 años de trabajo con este tipo de químicas de resultado ya a corto plazo, con la esperanza de que en 2025 comiencen a instalarse los primeros packs.