Avances en la investigación de baterías gracias al análisis
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El aumento de las emisiones de CO2 y el cambio climático en curso exigen sustituir progresivamente los vehículos de combustión por automóviles eléctricos. Sin embargo, las baterías de iones de litio que actualmente predominan son muy intensivas tanto en recursos naturales como en costes. Por ello, la investigación mundial sobre baterías busca con urgencia alternativas. Un nuevo candidato prometedor: la sal común.
Los críticos de la movilidad eléctrica suelen argumentar que los coches eléctricos solo resultan más respetuosos con el medio ambiente que los de combustión tras recorrer unos 90.000 kilómetros, ya que la fabricación de sus baterías es especialmente contaminante y demanda una gran cantidad de energía.
No obstante, el cambio climático en curso – con temperaturas medias cada vez más elevadas – obliga a abandonar los combustibles y carburantes fósiles. Sorprendentemente, China – un país tradicionalmente favorable a la industria – está avanzando a grandes pasos en esta dirección, debido al creciente impacto del smog en sus grandes ciudades y zonas metropolitanas.
Por estos motivos, la investigación internacional sobre baterías trabaja a toda velocidad para desarrollar nuevos sistemas de almacenamiento energético y acumuladores recargables. La mayoría de los prototipos siguen basándose en la tecnología de iones de litio, cuya principal desventaja radica en que materias primas como el litio y el cobalto tienen un fuerte impacto ambiental, son difíciles de extraer y escasean cada vez más. En este contexto, las baterías de iones de sodio se perfilan como una alternativa prometedora. Y como el sodio suele encontrarse en forma de cloruro sódico, podría decirse que la sal común es la solución.
El proyecto colaborativo «Transition», financiado por el Ministerio Federal de Educación e Investigación (BMBF) con 1,5 millones de euros para impulsar un almacenamiento energético más sostenible, trabaja – según informa la redacción de la feria Analytica de Múnich – en alternativas a las baterías convencionales de iones de litio, así como en la investigación de nuevos materiales y electrolitos destinados a las baterías de iones de sodio de próxima generación.
Batería impresa por inyección de tinta
En este proyecto participan el Instituto Helmholtz de Ulm (HIU), el Centro de Investigación sobre Energía Solar e Hidrógeno de Baden-Wurtemberg (ZSW) y la Universidad Friedrich Schiller de Jena, también conocida brevemente como FSU. Según explica el profesor doctor S. Ulrich Schubert, del Centro de Química Energética y Ambiental de la FSU, su grupo de investigación «ha presentado por primera vez una batería de película delgada fabricada mediante impresión por inyección de tinta». Este avance se basa en una investigación intensiva iniciada en 2011 sobre polímeros como materiales activos, que su equipo ha patentado. «La empresa Evonik Industries AG está actualmente comercializando estos nuevos polímeros como tintas imprimibles», añade el profesor. Estas nuevas baterías libres de metales pretenden ser más sostenibles, respetuosas con el medio ambiente, económicas y, no obstante, de muy alto rendimiento. Entre sus posibles aplicaciones, Schubert menciona etiquetas RFID, parches para la transmisión de funciones sanitarias e incluso ropa inteligente. Las baterías basadas en plástico, cuyos materiales activos son polímeros, ofrecerían múltiples ventajas frente a las baterías convencionales de ion-litio. Todo comienza con una huella de carbono significativamente menor durante su fabricación. Además, los materiales empleados son considerablemente menos tóxicos e inflamables. Y, por último, pueden procesarse mediante técnicas de impresión.
También en su uso, su eliminación y su reciclaje, estas baterías innovadoras deberían demostrar ser más respetuosas con el medio ambiente y más económicas. Al prescindir de metales pesados, su sostenibilidad mejora notablemente.
Las baterías de iones de sodio prescinden de metales pesados
Según indica la revista especializada, el prototipo de batería de iones de sodio desarrollado en el proyecto conjunto Transition utiliza, en el lado del ánodo, carbón duro derivado de biomasa combinado con un aglutinante acuoso y aluminio como colector de corriente; mientras que, en el cátodo, emplea óxidos de metales de transición.
En cuanto a la movilidad eléctrica, las baterías de iones de sodio no sustituirán a las de iones de litio, sino que, según fuentes del ámbito investigador, servirán inicialmente como complemento. No obstante, la investigación sobre baterías también atribuye un gran potencial a la tecnología del hidrógeno, siempre que se tengan en cuenta diversos aspectos de seguridad.
Nuevas técnicas analíticas o métodos de análisis resultarán indispensables para determinar la composición de los electrolitos y demás componentes. Un gráfico de Analytica 2020 muestra dónde las baterías de iones de sodio destacan frente a las de iones de litio gracias precisamente a estos nuevos procedimientos analíticos: así, en lugar de óxidos metálicos de litio, el cátodo incorpora óxidos de metales de transición, más fáciles de fabricar. Esto hace que las baterías de iones de sodio sean mucho más respetuosas con el medio ambiente y más económicas de producir, ya que prescinden por completo de metales pesados – una ventaja que también beneficia su eliminación y reciclaje.
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Fuente de la imagen principal: Unsplash / danilo.alvesd
