CATL trabaja en una batería que utiliza el aire y promete hasta 2.000 kilómetros de autonomía

La industria de las baterías lleva años buscando la fórmula para aumentar la autonomía de los coches eléctricos sin tener que instalar baterías cada vez más grandes, pesadas y caras. Las baterías sólidas son una de las grandes apuestas, pero hay otras tecnologías que prometen ir todavía más lejos y que empiezan a despertar el interés de los principales fabricantes.

Una de ellas es la batería de litio-aire, una solución que utiliza el oxígeno del ambiente como parte de su reacción química y que, al menos sobre el papel, podría multiplicar la cantidad de energía almacenada. La propuesta no es nueva, pero ha vuelto a ganar protagonismo después de que CATL haya confirmado que mantiene esta tecnología entre sus líneas de investigación a largo plazo.

La referencia procede de Wu Kai, científico jefe de CATL, que identificó las baterías de litio-aire como una de las tecnologías que la compañía está estudiando de cara al futuro. Una investigación que se desarrolla en paralelo a otras soluciones mucho más próximas al mercado, como las baterías de sodio y las de estado sólido.

Lo interesante es el potencial que ofrece esta química. Los cálculos teóricos apuntan a una densidad energética de unos 3.505 Wh/kg, una cifra que supera ampliamente la de las baterías utilizadas actualmente en los coches eléctricos. Algunas estimaciones incluso plantean que podrían alcanzar autonomías de hasta 2.000 kilómetros con una sola carga, aunque estamos hablando de posibilidades teóricas y no de resultados conseguidos por CATL en un coche.

Cómo funciona una batería de litio-aire y por qué puede almacenar tanta energía

La principal diferencia respecto a una batería convencional está en la forma de almacenar y liberar energía. En las actuales baterías de iones de litio, los dos electrodos contienen materiales que participan en el movimiento de los iones durante los procesos de carga y descarga. En las baterías de litio-aire, en cambio, se utiliza litio metálico en el electrodo negativo y oxígeno como reactivo en el positivo.

Durante la descarga, el litio reacciona con el oxígeno y forma peróxido de litio (Li₂O₂) en el interior de un electrodo poroso. Cuando conectamos la batería a un cargador, el proceso se invierte, liberando nuevamente el oxígeno y recuperando el litio. La ventaja es que no necesita almacenar dentro de la batería todo el material que participa en la reacción, ya que parte de él procede del aire exterior.

Esto permite reducir la cantidad de materiales necesarios para almacenar una determinada cantidad de energía. De ahí que los investigadores manejen cifras de densidad energética tan elevadas, con estimaciones que incluso pueden aproximarse a los 12.000 Wh/kg cuando se calcula únicamente la masa de determinados componentes y se excluye el oxígeno. Cifra que podemos poner en contexto comparándola con los 250-280 Wh/kg de las celdas actuales más punteras del mercado.

Pero hay una diferencia importante entre la capacidad energética teórica de una reacción química y la que puede ofrecer una batería instalada en un coche. Para funcionar necesita electrolitos, electrodos, protecciones, sistemas de refrigeración y equipos para gestionar la entrada de aire. Todo ello añade peso, ocupa espacio y reduce considerablemente las cifras que podrían conseguirse en condiciones reales.

Además, el oxígeno que respiramos no llega solo. El aire contiene humedad, dióxido de carbono y otros elementos que pueden provocar reacciones no deseadas dentro de la batería. El agua puede reaccionar con el litio metálico, mientras que el dióxido de carbono puede favorecer la formación de carbonato de litio, acumulando depósitos que dificultan el funcionamiento de los electrodos.

Por eso, una batería de litio-aire destinada a un coche necesitaría un sistema capaz de filtrar, controlar y acondicionar el aire que utiliza. Un estudio publicado en 2023 estimó que estos equipos auxiliares podrían consumir alrededor del 5,4% de la energía de la batería en una configuración concreta. Una pérdida que habría que tener en cuenta al calcular la autonomía final.

Los avances que acercan esta tecnología a los coches eléctricos

Aunque todavía estamos lejos de ver estas baterías en un coche de producción, los investigadores han conseguido avances importantes durante los últimos años. Uno de los más interesantes llegó en 2024, cuando un equipo de la Universidad de Jilin y la Academia China de Ciencias presentó una batería experimental de litio-aire que alcanzó una densidad energética de 757,5 Wh/kg.

Se trata de una cifra especialmente llamativa, ya que supera ampliamente la densidad energética de las baterías comerciales actuales. Los investigadores utilizaron un electrolito polimérico en forma de gel que permitió mejorar la estabilidad de las reacciones químicas y reducir algunos de los problemas asociados al contacto con el aire. El prototipo logró completar 241 ciclos de carga y descarga bajo determinadas condiciones de laboratorio.

Otro avance llegó desde Estados Unidos, donde investigadores del Instituto Tecnológico de Illinois y del Laboratorio Nacional de Argonne desarrollaron una batería de litio-aire con electrolito sólido. En este caso utilizaron una reacción química diferente, que produce óxido de litio (Li₂O) en lugar del habitual peróxido de litio.

Los resultados publicados en 2023 mostraron que esta configuración podía superar los 1.000 ciclos de carga y descarga a temperatura ambiente, con un potencial teórico de densidad energética de 1.200 Wh/kg. Son resultados prometedores, aunque todavía no equivalen a una batería comercial capaz de mantener esas prestaciones dentro de un coche durante años.

De hecho, el problema de la durabilidad es uno de los mayores obstáculos que tiene por delante esta tecnología. Durante las sucesivas cargas y descargas pueden acumularse productos químicos que bloquean los poros de los electrodos, dificultando el paso del oxígeno y reduciendo progresivamente la capacidad de almacenamiento.

A esto se suma la eficiencia energética. Para invertir la reacción química durante la recarga hace falta aportar energía adicional, y parte de ella se pierde en forma de calor. También hay que resolver la estabilidad del litio metálico, la capacidad de entregar suficiente potencia durante una aceleración y el comportamiento de todo el conjunto en diferentes condiciones ambientales.

Y es que no basta con conseguir una batería que almacene muchísima energía. También debe poder entregarla rápidamente, soportar miles de ciclos y funcionar con seguridad tanto en invierno como durante un verano especialmente caluroso.

CATL conoce bien estas dificultades y por eso no ha anunciado ninguna fecha para la llegada de las baterías de litio-aire al mercado. Su estrategia pasa por continuar desarrollando tecnologías más maduras, como las baterías de sodio y las de estado sólido, mientras mantiene abiertas otras líneas de investigación con mayor potencial a largo plazo.

La posibilidad de recorrer 2.000 km sin recargar resulta especialmente atractiva, pero por ahora no deja de ser una estimación basada en el potencial de esta química para ofrecer productos más comerciales con menos autonomía, pero menos peso y más económicas.

La carrera por conseguir baterías con mayor densidad energética continúa, y el litio-aire podría convertirse en una de sus grandes protagonistas. Pero antes de pensar en coches capaces de cruzar España de punta a punta sin detenerse, los investigadores tendrán que conseguir algo bastante más complicado: que estas baterías funcionen de forma fiable durante cientos de miles de kilómetros.