Baterías alternativas orgánicas
Las baterías de iones de litio recargables, las más utilizadas, son poco amables con el medio ambiente. Los investigadores trabajan en modelos más potentes y ecológicos a partir de materiales orgánicos
Las baterías de iones de litio son las más utilizadas en la mayoría de dispositivos electrónicos portables. Gracias a su alto contenido de energía y versatilidad, estos acumuladores todavía tienen cuerda para rato. Entre sus ventajas destaca la mayor capacidad de carga por unidad de peso y volumen respecto a otros sistemas de almacenamiento de energía. Sin embargo, el litio no es un material abundante. La mayoría de yacimientos se encuentran en el triángulo del litio, en Sudamérica, y los procesos de extracción del mineral y de recuperación de otros materiales contenidos en estas baterías son poco ecológicos.
Unos investigadores del Laboratorio Ångström de la universidad sueca de Uppsala trabajan en un nuevo concepto de batería recargable basado en resina de pino y alfalfa. Estos acumuladores con biomateriales orgánicos renovables equiparan las prestaciones energéticas de las baterías de litio, aseguran los científicos. Además, esos materiales orgánicos se pueden reciclar al 99% con un bajo gasto energético y empleando sustancias como el etanol y el agua, que no representan un peligro químico. “Nuestro descubrimiento puede abrir varias puertas a nuevas soluciones de eficiencia energética con el medio ambiente para las baterías del futuro”, afirma Daniel Brandell, profesor titular en el departamento de Química de la Universidad de Uppsala y uno de los investigadores que están desarrollando esta idea.
Aunque las baterías actuales contienen materiales inorgánicos no renovables, no es la primera vez que se presentan baterías compuestas de materiales renovables. “El trabajo de producción de los materiales orgánicos a partir de biomasa es anterior. Se trata de esfuerzos de I+D en ese tema que responden claramente a una necesidad, cambiar a un modelo sostenible, y a unas regulaciones por parte de la Comisión Europea”, señala Pedro Gómez Romero, profesor de investigación del CSIC en el Instituto Catalán de Nanociencia y Nanotecnología, líder del grupo NEO-Energy (Nuevos Materiales Orientados a la Energía ICN2-CSIC). Los materiales orgánicos derivados de biomasa ayudarían a completar los requisitos de la directiva comunitaria de 2006 que recomiendan que el 50% o más del peso promedio de una batería sea reciclado en la Unión Europea.
La novedad que presentan los investigadores de Uppsala es el concepto de reciclado y recuperación: han demostrado que el litio extraído de una batería gastada puede ser utilizado para una nueva batería; todo lo que se necesita es más biomaterial. Su prototipo demostró ser capaz de entregar el 99% de la energía producida por la batería original. De tener éxito las modificaciones planteadas, en el futuro esta cifra probablemente será aún mayor.
El empleo de materiales orgánicos a partir de fuentes renovables permitirá resolver el problema del aumento de demanda de baterías de litio, añade Daniel Brandell. Pero por encima de todo, es un gran paso adelante para aumentar la recuperación de litio a un coste efectivo, concluye. “Es pronto para hablar de viabilidad del proyecto sueco, pues falta un largo camino de desarrollo”, advierte Gómez Romero. “Los materiales convencionales que hay ahora en las baterías de litio, por ejemplo, llevan bastante tiempo en estudios de laboratorio y en la industria. Por otra parte, el litio no es tan escaso como otros materiales como el platino que hace extremadamente caras las pilas de combustible de baja temperatura, comprometiendo su aplicación masiva. De hecho, como respuesta proactiva de la comunidad científica se están llevando a cabo esfuerzos con relación a baterías de sodio, muy extendido en la corteza terrestre y en el mar”.
En caso de emplear sodio en vez de litio, la cantidad de energía que se podría almacenar en idéntico peso sería algo inferior, “ya que las prestaciones de los electrolitos orgánicos por ahora son inferiores a los electrolitos existentes; pero, por el contrario, sería más barato el electrolito de sodio en una apuesta por integrar la fabricación de electrodos en un ciclo sostenible de producción y reciclado”, añade el investigador español, que estudia el fosfato de litio y hierro y su aplicación en baterías inorgánicas.
Coexistencia de modelos
¿Cuál es el futuro? ¿Baterías orgánicas o inorgánicas? A lo mejor se produce la coexistencia de ambos tipos de baterías, predice Gómez Romero. Las baterías con electrodos orgánicos derivados de biomasa pueden tener un lugar en nuestro futuro, por ejemplo, para aplicaciones de baja potencia como sensores o biodispositivos que no pueden contener ningún tipo de materiales tóxicos; sin embargo, en aplicaciones que requieran un elevado nivel de potencia, como los vehículos eléctricos, las baterías orgánicas por el momento no pueden desbancar a las baterías inorgánicas convencionales.
Acumuladores comestibles
En 2013 se consumieron 5.000 millones de baterías de iones de litio para alimentar la ingente fauna de portátiles, cámaras, teléfonos móviles y automóviles eléctricos, según cifras de Nature. Estos acumuladores almacenan más del doble de energía y son diez veces más baratos que las primeras baterías recargables de litio comercializadas por Sony en 1991. No es suficiente, porque las nuevas generaciones de dispositivos tienen cada vez mayor apetito energético. Para tratar de solventar el problema, el Departamento de Energía de EE UU otorgó al consorcio JCESR 120 millones de dólares para que en un plazo de cinco años (hacia el 2017) tenga disponible baterías de litio cuya energía/densidad sea cinco veces superior (400 vatios hora por kilogramo), pero a un precio cinco veces inferior. En este centro “estamos inventando una nueva tecnología en general; poniendo juntos los tres componentes de la batería, el ánodo, el electrolito y el cátodo, de manera que nunca se ha hecho antes”, declaraba George Crabtree, director del laboratorio JCESR.
