Baterías de litio-aire: un paso más cerca de una tecnología revolucionaria
Un equipo japonés ha logrado un avance clave en baterías de litio-aire que podría cambiar para siempre la movilidad eléctrica. El desarrollo permite fabricar prototipos funcionales y escalables. Esto podría suponer un antes y un después en coches eléctricos y aeronaves
Las baterías de litio-aire son una de las grandes promesas para los vehículos eléctricos, y su desarrollo lleva más de una década intentando dar con una clave que acercan a su fase comercial a una tecnología con un potencial incalculable. Y es que la capacidad teórica que prometen, 11.140 Wh/kg, supondría lograr una energía específica que de alcanzarse superaría el valor energético de la propia gasolina.
Es por eso que muchos laboratorios estén apostando por esta química. Ahora, un nuevo avance podría acercarnos, por fin, a una generación de baterías de litio-aire con capacidad para electrificar el transporte por carretera, pero también otros sectores más complejos como la aviación.
Un equipo de investigadores del Instituto Nacional de Ciencia de Materiales de Japón (NIMS), en colaboración con la empresa especializada en carbono Toyo Tanso, ha logrado desarrollar un nuevo electrodo de carbono que promete mejorar de forma significativa las prestaciones de las baterías de litio-aire.
Lo más destacable de este trabajo, publicado en la revista científica Cell Reports Physical Science, es que han logrado construir un prototipo funcional de batería apilada de litio-aire de 1 Wh, con un electrodo de 4x4 centímetros, que ha funcionado de forma estable. Esto no es solo un logro técnico: demuestra que la tecnología puede escalarse a tamaños adecuados para su aplicación en vehículos.
Estas baterías, por su ligereza y alta capacidad energética, son candidatas clave tanto para aeronaves eléctricas como para los futuros coches eléctricos de gran autonomía. Pero hasta ahora, las baterías de litio-aire sufrían tres problemas críticos: poca potencia, vida útil muy corta y una escalabilidad prácticamente inviable. Este nuevo desarrollo ataca de raíz esos tres frentes.
Litio-aire: una arquitectura porosa con futuro
Durante años, la batería de litio-aire ha sido considerada el “santo grial” de las baterías. Su densidad energética es muy superior a la de las actuales baterías de iones de litio, lo que abriría la puerta a coches eléctricos con autonomías impensables hasta ahora. El problema es que, hasta hace poco, los prototipos eran extremadamente pequeños (menos de 0,01 Wh), útiles solo para demostraciones a escala de laboratorio.
En 2021, el propio NIMS presentó una batería de este tipo con una densidad de 500 Wh/kg, más del doble de lo que ofrecen hoy las baterías comerciales más avanzadas. Sin embargo, su rendimiento seguía siendo insuficiente en términos de potencia y sobre todo por su baja vida útil. El talón de Aquiles siempre ha sido el diseño del electrodo positivo de carbono: lograr un equilibrio entre porosidad, estabilidad y rendimiento electroquímico.
En esta ocasión, el equipo ha unido la experiencia de Toyo Tanso, fabricante del carbono poroso “CNovel”, con la tecnología de NIMS para fabricar membranas de carbono autoportantes. El resultado: un electrodo con estructura porosa jerárquica, es decir, múltiples capas de poros de distinto tamaño que mejoran tanto el movimiento de los iones como las reacciones químicas internas de la batería.
Esto ha permitido alcanzar algo que antes era solo teórico: una batería de litio-aire funcional, de 1 Wh, capaz de operar de forma estable durante más de 150 ciclos con una intensidad de corriente elevada de 1,5 mA/cm². Un hito que demuestra que esta arquitectura no solo es viable, sino que puede soportar las exigencias de potencia necesarias para, por ejemplo, un despegue vertical en taxi-drones o una aceleración instantánea en carretera.
A su vez, la mayor cristalinidad del carbono empleado mejora la durabilidad del electrodo, alargando la vida útil de la batería, otro punto flaco habitual en este tipo de tecnologías.
Preparados para fabricar a gran escala
Más allá del logro técnico puntual, los investigadores también han desarrollado un método para fabricar electrodos más grandes, de hasta 10 x 10 centímetros, un paso imprescindible para la producción de celdas de batería de gran tamaño orientadas a la automoción o la aviación eléctrica.
Hoy por hoy, incluso las baterías de litio más avanzadas están por debajo de los 300 Wh/kg. La tecnología de litio-aire tiene un potencial teórico mucho mayor, incluso comparable al de los combustibles fósiles.
