La batería de litio-aire que acerca a los coches eléctricos a la autonomía de los gasolina

Un equipo del National Institute for Materials Science (NIMS) de Japón asegura haber dado un paso clave con una batería que utiliza oxígeno del aire como parte activa del proceso. Sobre el papel, esta tecnología podría alcanzar densidades energéticas cercanas a las de un motor de gasolina.

Esta llamada batería de litio-aire está todavía en una fase temprana, pero las primeras pruebas apuntan alto. Su nueva membrana de carbono promete resolver tres de los problemas clásicos de este tipo de sistemas: mejorar la potencia, extender la vida útil y aumentar la estabilidad. Para el sector del coche eléctrico y el almacenamiento estacionario, esto sería un cambio de juego.

Una nueva estructura de materiales que desbloquea el potencial

El equipo japonés explica que la clave está en controlar mejor las reacciones internas. Hasta ahora, muchos intentos fracasaban por la aparición de depósitos que limitaban la capacidad tras unos pocos ciclos. Según cuenta Shoichi Matsuda, responsable del proyecto, la estructura de poros del material determina lo bien que puede reaccionar el oxígeno. Para solucionarlo, desarrollaron una membrana con canales de distintos tamaños:

• Microporos de menos de 2 nanómetros
• Mesoporos de entre 2 y 50 nanómetros
• Macroporos mayores de 50 nanómetros

Son escalas diminutas: una doble hélice de ADN ronda los 2 nanómetros, mientras que un virus de hepatitis C llega a unos 50. En ese tamaño ocurren las reacciones químicas que permiten almacenar energía.

Cómo esta arquitectura reduce pérdidas y aumenta la densidad energética

El truco de la nueva membrana es que permite que el oxígeno circule de forma uniforme. Esto suaviza las reacciones, reduce la pérdida de líquido necesario para el intercambio de energía y mejora la estabilidad térmica. Como resultado, la densidad energética por kilo se incrementa.

Después, el carbono se sometió a una temperatura extrema —unos 2.100 ºC— para reorganizar su estructura atómica. Esta operación lo hace más robusto y homogéneo, lo que incrementa la resistencia de la electrodos y, sobre todo, su durabilidad. Uno de los autores, Arghya Dutta, asegura que esta etapa térmica fue “decisiva” para que la batería durase mucho más de lo habitual en esta tecnología.

Primeros resultados prometedores: 19 ciclos completos sin caída de rendimiento

En laboratorio, seis electrodos de 4 x 4 centímetros soportaron 19 ciclos de carga y descarga sin pérdida apreciable de rendimiento. Fue en el ciclo número 20 cuando la tensión cayó con claridad, lo que aun así supone una estabilidad poco común en este tipo de celdas.

Según Matsuda, la batería alcanzó una densidad energética de 360 Wh/kg, aproximadamente el doble que muchos ion-litio actuales de ese tamaño. Y el potencial es aún mayor: las previsiones del instituto apuntan a más de 700 Wh/kg en futuras versiones. El límite teórico ronda los 11.000 Wh/kg, similar al de la gasolina. Ese es el motivo de que esta tecnología genere tanta expectación.

Escalar la producción ya es posible

Otro logro importante es que el equipo ha conseguido fabricar electrodos más grandes, de 10 x 10 centímetros. Es un paso crucial para que la tecnología pueda escalarse fuera del laboratorio.

El propio equipo lo resume así: querían demostrar que el proceso no solo funciona en pequeño, sino también en piezas mayores. Poder mantener la calidad del material al aumentar el tamaño es uno de los grandes retos de cualquier batería experimental, y aquí parece parcialmente superado.

Qué hace tan especial a esta batería

A diferencia de las baterías de ion-litio, esta tecnología utiliza oxígeno como reactivo principal. En las pruebas, el oxígeno no procedía del aire ambiente, sino de una alimentación externa controlada, pero el concepto funciona porque ese reactivo puede venir de fuera, liberando espacio dentro de la celda para almacenar más energía.

Esto la convierte en una candidata ideal para aplicaciones donde cada kilo importa: coches eléctricos, aviación ligera o dispositivos portátiles.

A todo esto se suma otro punto fuerte: no utiliza metales críticos como el níquel o el cobalto. Con ello bajan los costes, se reduce la huella ambiental y se limitan las dependencias de mercados sensibles.

Qué podría significar para el futuro

Si esta tecnología continúa avanzando, podríamos ver:

• Coches eléctricos con más de 1.000 kilómetros por carga
• Sistemas de almacenamiento para renovables mucho más capaces
• Dispositivos más ligeros y con mucha más autonomía

Aun con los buenos resultados, el reto es enorme. El oxígeno es altamente reactivo y puede provocar reacciones indeseadas si no se controla con precisión. El propio Matsuda reconoce que la seguridad y la estabilidad deben mejorar mucho antes de que pueda plantearse una producción comercial.

Por ahora, la batería de litio-aire sigue siendo una vía muy prometedora. El equipo ya trabaja en ampliar el número de ciclos y afinar la química interna para acercarse al rendimiento necesario en aplicaciones reales.

Fuente | Cell.com