El futuro de las baterías para coches eléctricos, con este metal «casi gratuito» en comparación con el cobalto y el níquel

La producción de baterías para coches eléctricos plantea diversos retos. Algunos de ellos tienen que ver con la sostenibilidad y el hecho de que muchos de los metales utilizados para su fabricación escasean y cuya extracción es crítica. Nos referimos, sobre todo, a níquel y cobalto, cuya demanda mundial se ha disparado en los últimos años según se van acelerando los planes de electrificar el sector del transporte.

Según los expertos, en un par de décadas se espera una escasez de estos dos metales, lo cual «frenará la producción de baterías como se hace actualmente». Son palabras de Xiulei ‘David’ Ji, científico de la Universidad Estatal de Oregón, en Estados Unidos, que lidera una investigación que puede revolucionar la fabricación de baterías de iones de litio tal y como las conocemos.

Pero además, este mismo estudio afirma que la densidad de energía de esos elementos ya se está extendiendo hasta su nivel máximo: «Si se aumentara más, el oxígeno liberado durante la carga podría causar que las baterías se encendieran».

Así son las baterías con cátodo basado en hierro

El secreto de la batería que están investigando reside en el cátodo, que actualmente representa el 50% del coste de fabricación de una celda de batería de iones de litio. La investigación está probando un metal tan común y conocido como el hierro, con resultados prometedores: las baterías son más sostenibles, ecológicas y rentables frente a aquellas con cátodos tradicionales a base de cobalto y níquel.

Recordemos que una batería consta de dos electrodos, el ánodo y el cátodo, además de un separador y un electrolito, el medio químico que permite el flujo de carga eléctrica. Al descargarse la batería, los electrones van desde el ánodo hacia un circuito externo y después se acumulan en el cátodo, y a la inversa durante la recarga. Ambos electrodos están fabricados en materiales diferentes, y la investigación del equipo de la Universidad Estatal de Oregón ha logrado aumentar la reactividad del hierro en su cátodo mediante un diseño inédito, con un entorno químico basado en una mezcla de aniones de flúor y fosfato, iones con carga negativa.

«Hemos demostrado que el diseño de materiales con aniones puede superar el límite de densidad de energía para baterías que son más sostenibles y cuestan menos. Y dado que utilizamos hierro, cuyo coste puede ser inferior a un dólar por kilogramo (una pequeña fracción del níquel y el cobalto), el coste de nuestras baterías es potencialmente mucho menor», afirma Xiulei Ji.

Estas algunas ventajas que presentan estas baterías de iones de litio con base de hierro para el cátodo:

• Son más rentables debido a la abundancia del hierro, que es el elemento más común en la Tierra medido en masa y el cuarto más abundante en la corteza terrestre. Un recurso casi gratuito en comparación con el cobalto y el níquel. «No nos quedaremos sin hierro hasta que el sol se convierta en una gigante roja».
• El hierro puede almacenar mayores densidades de energía, además de ofrecer una mayor estabilidad térmica y química, reduciendo el riesgo de sobrecalentamiento e incendios. Es decir, daría lugar a baterías más seguras.
• Promueven la sostenibilidad, ya que minimiza las preocupaciones medioambientales y éticas asociadas con la extracción minera de cobalto y níquel.
• Tienen un ciclo de vida prolongado y un rendimiento sólido.
• No se enfrenta a tantos retos en el apartado del reciclaje, especialmente en comparación con los dos metales antes comentados: «simplemente se oxida si lo dejas ir».

El hierro se puede conseguir en un componente clave para las baterías del futuro, tanto para coches eléctricos como para otras aplicaciones de almacenamiento de energía. «Si se invierte en esta tecnología, no debería pasar mucho tiempo antes de que esté disponible comercialmente. Necesitamos que los visionarios de la industria asignen recursos a este campo emergente», asegura Xiulei ‘David’ Ji, que acaba de publicar los detalles de su investigación en Science Advances.

No todo es completamente favorable y hay obstáculos que se tienen que superar. Por ejemplo, todavía es necesario mejorar la eficiencia del almacenamiento: «No toda la electricidad que se introduce en la batería durante la carga está disponible para su uso al descargarla».

Fuente | Universidad Estatal de Oregón