Nueva batería de ión aire. Nanolithia cathode battery
Nueva batería de ión aire. Nanolithia cathode battery

La nueva batería de ión aire proporciona el doble de capacidad energética,  es más económica, ocupa el mismo espacio y es más segura que las actuales baterías de ión litio que se utilizan en dispositivos electrónicos y vehículos eléctricos.

La tecnología de baterías basadas en ión aire es altamente prometedora para su aplicación en coches eléctricos y en dispositivos electrónicos portátiles, por su gran potencial de evolución en cuanto a su gran capacidad energética en proporción con su peso.

Los mayores inconvenientes de este tipo de baterías son las grandes pérdidas de energía en forma de calor y su relativa velocidad de degradación. Además para su fabricación requieren costosos componentes adicionales necesarios para lograr inyectar el oxígeno en su interior, por su configuración de células abiertas, muy diferentes a las baterías habituales, completamente selladas.

Una nueva batería de ión aire sin los inconvenientes de esta tecnología

Una nueva variación de la química de la batería podría ser utilizada en baterías convencionales completamente selladas, con un rendimiento teórico similar al de las baterías litio-aire, pero superando sus mayores inconvenientes. El nombre de este concepto de batería es nanolithia cathode battery, y ha sido descrita en la revista Nature Energy, en un artículo firmado por Ju Li, profesor de Nuclear Science and Engineering del MIT junto con otros cinco colaboradores.

Según explica Li uno de los grandes inconvenientes de las baterías de ión litio es la diferencia entre las tensiones de carga y de descarga. La tensión de salida es más de 1,2 voltios inferior a la de carga, lo que representa una pérdida significativa de potencia en cada ciclo de carga. Según los investigadores, “se pierde el 30% de la energía en forma d calor en cada una de las cargas.”

Proceso químico de las baterías de litio aire
Proceso químico de las baterías de litio aire
Con la nueva química se crean partículas del tamaño del nanómetro (la millonésima parte de un metro) que contienen tanto el litio como el oxígeno confinado herméticamente dentro de una matriz de óxido de cobalto. Estas partículas son las que reciben el nombre de nanolithia. De esta forma las transiciones químicas LiO2 – Li2O2 – Li2O pueden tener lugar en su totalidad dentro del material sólido. Como las partículas de nanolithia son normalmente muy inestables los investigadores han incrustado dentro de la matriz de óxido de cobalto un material similar a una esponja, con poros de tan solo unos pocos nanómetros de diámetro. Esta matriz estabiliza las partículas y actúa como catalizador para su transformación.

Las baterías de litio-aire convencionales necesitan que el oxígeno que entre en su interior se seque por lo que se necesitan grandes sistemas auxiliares, que no necesitan las nuevas baterías. Además, de forma inherente están protegidas contra la sobrecarga porque la reacción química en este caso es autolimitada.

Sobre una versión de laboratorio de la nueva batería se han realzado las pruebas de ciclado de carga y descarga, sometiéndola a 120 ciclos a los que ha respondido con una pérdida de menos de 25 % de su capacidad, lo que indica que este tipo de baterías puede tener una larga vida útil. Al no necesitar ningún tipo de componente extra pueden ser utilizarse para los mismos usos que una batería de ión litio convencional y adaptarse a las instalaciones existentes y a los diseños de paquetes de baterías para dispositivos móviles, vehículos eléctricos o instalaciones estacionarias en red.

Muy escalable, barato y más seguro que las baterías de litio-aire

Los cátodos de oxígeno son más ligeros que los cátodos de las baterías convencionales de forma que el nuevo diseño podría doblar la cantidad de energía almacenada para un mismo peso. Además los nuevos componentes químicos no encarecerán el precio de la batería. En general el nuevo sistema es “muy escalable, barato y más seguro que las baterías de litio-aire”.

El equipo investigador espera escalar el prototipo de laboratorio a un modelo funcional en aproximadamente un año. “Este es un avance fundamental, que puede cambiar el paradigma de las baterías a base de oxígeno”.

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