SoftBank Corp y el Instituto Nacional de Ciencias de los Materiales de Japón desarrollaron una batería de litio-aire. Un dispositivo con el doble de capacidad de energía por peso que los modelos actuales de iones de litio. La investigación agrega un nuevo impulso a la carrera por comercializar una fuente de energía de próxima generación.
La demanda por el desarrollo de baterías recargables con altas densidades de energía ha ido en aumento en los últimos años. Las baterías de iones de litio (LiB), que se utilizan desde 1991, han respondido a las necesidades del mercado. Pero la densidad de energía de las LiB convencionales no cumple con los requisitos de los dispositivos de almacenamiento de energía avanzados. Es el caso de los vehículos de última generación y los objetos voladores. Incluidos drones y vehículos aéreos no tripulados, que se cargan lentamente durante el día y se descargan durante la noche.
Las baterías de litio-aire (LAB) tienen el potencial de alcanzar densidades de energía de dos a cinco veces superiores a las de las LiB. Y son candidatas potenciales para baterías recargables de próxima generación para los campos de aplicación antes mencionados.
En las últimas décadas, ha habido un gran progreso en la tecnología LAB desde el punto de vista de la ciencia de los materiales, como el desarrollo de un electrolito estable frente a las especies reactivas del oxígeno. El electrodo de carbono poroso jerárquico y la capa protectora de los electrodos de metal de litio.
Las baterías de litio-aire usan litio para el electrodo negativo y oxígeno en el aire para el electrodo positivo para generar una reacción química que produce energía, reseña la revista Materials Horizons.
La batería de litio-aire con mayor capacidad
La tecnología nipona permite reducir enormemente el tamaño de las baterías y hacerlas más livianas que las convencionales con la misma capacidad. La densidad de energía del peso de la batería de litio-aire, que indica el rendimiento, llegó a 500 Wh/kg, aproximadamente el doble que las baterías de iones de litio actuales.
El equipo de investigación revisó más de 100 artículos de investigación de todo el mundo para confirmar que su batería de litio-aire tenía la densidad de energía de peso más alta. No obstante, la batería prototipo alcanzó su vida útil cuando se cargó y descargó unas 10 veces. Cada uno de los procesos tomó 10 horas.
“Logramos una densidad de energía de clase mundial con la batería de litio-aire”, dijo Shoichi Matsuda, investigador principal del NIMS con sede en Tsukuba. «Marca un gran paso hacia su uso práctico».
La tecnología se considera la «batería secundaria definitiva», ya que ofrece la posibilidad de almacenar varias veces la capacidad de las baterías de iones de litio actualmente en uso.
Desde los teléfonos inteligentes y las baterías de los coches hasta los sistemas de almacenamiento solar en el hogar, la tecnología de iones de litio domina ahora gran parte del mercado de las baterías recargables.
Sin embargo, a medida que aumenta el uso de la energía eléctrica, también lo hace la necesidad de baterías de alta densidad energética Dispositivos que cumplan requisitos como la carga rápida y la capacidad de almacenar grandes cantidades de energía para pequeñas unidades de peso o volumen.
En este contexto, entre los candidatos más prometedores están las baterías de litio-aire, células electroquímicas que utilizan la oxidación del litio en el ánodo y la reducción del oxígeno en el cátodo.
Nuevos retos: mejorar los rendimientos
Sobre el papel, tienen el potencial de lograr entre dos y cinco veces la densidad energética de las baterías de iones de litio. Y aunque se han producido enormes avances en las baterías de litio-aire en las últimas décadas, su comercialización parece lejana. ¿Uno de los mayores problemas? La excesiva cantidad de electrolito en la célula, que disminuye la densidad energética efectiva.
Investigadores del Instituto Nacional de Ciencias de los Materiales (NIMS) de Japón identificaron una serie de factores críticos para mejorar el rendimiento. Y, junto con ALCA-SPRING, desarrollaron un electrolito único que maximiza el potencial de las baterías de litio-aire, recoge Ecoeventos.
Aplicando este descubrimiento a la tecnología de fabricación de células con SoftBank, el equipo consiguió una densidad energética de unos impresionantes 500 Wh/kg. En comparación, esto supone el doble del valor de las baterías de iones de litio.
“Se trata de la primera realización mundial de una reacción de carga/descarga de una batería de litio-aire de alta calidad a temperatura ambiente”, dijo NIMS.
En el futuro, al utilizar el nuevo material -actualmente en desarrollo- en baterías de litio-aire de la clase de 500Wh/kg, la vida útil del ciclo aumentará considerablemente.
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