Japón ha desarrollado una batería libre de cobalto y níquel con una densidad de energía increíblemente alta: 820 Wh/kg. El secreto es un nuevo material basado en óxido de litio y manganeso.
El problema de las baterías de litio. Las baterías de litio alimentan prácticamente toda nuestra electrónica, y ahora también nuestros coches eléctricos y sistemas de almacenamiento de energía.
Sin embargo, para estos usos a gran escala tienen dos grandes desventajas: su baja densidad energética, que deriva en paquetes de batería más grandes y pesados, y el elevado precio e impacto ambiental de algunos de sus componentes, empezando por el cobalto.
Una batería libre de Ni/Co. El níquel y el cobalto se utilizan para fabricar el cátodo, uno de los electrodos encargados de la reacción electroquímica que carga y descarga las baterías. El níquel aumenta la capacidad y densidad de energía, y el cobalto mejora la estabilidad térmica, haciendo que la batería mantenga más tiempo su capacidad.
El cobalto es el metal más caro en una batería de litio, más incluso que el propio litio. Su alto coste de debe a su escasa disponibilidad geográfica: el 70% se extrae de la República Democrática del Congo, donde la inestabilidad política ha provocado altibajos en la producción.
Algunas de sus minas también son señaladas habitualmente por sus condiciones infrahumanas y explotación infantil. De ahí el interés por desarrollar una batería libre de cobalto y del metal que siempre lo acompaña, el níquel.
Japón ha encontrado un camino. Un equipo de investigadores de la Universidad Nacional de Yokohama ha desarrollado una alternativa prometedora a las omnipresentes baterías con níquel y cobalto. Partieron de las baterías de LiMnO2, que utilizan óxido de litio y manganeso en sus electrodos, pero tienen un rendimiento muy inferior.
Después de estudiar exhaustivamente el LiMnO2 en sus diversas formas mediante difracción de rayos X, microscopía electrónica de barrido y métodos electroquímicos, los investigadores sintetizaron una versión nanoestructurada con un rendimiento muy superior a otras formas de LiMnO2 y una densidad de energía tres veces mayor.
820 Wh/kg sin caída de voltaje. A diferencia de otros materiales similares, la batería no sufrió una caída de voltaje significativa con los ciclos de carga/descarga. El nuevo material retuvo el 75% de su capacidad de 820 Wh/kg con una velocidad de carga muy alta.
El truco fue desarrollar una estructura cristalina mixta, conocida como red monoclínica, y abordar otros problemas prácticos, como la disolución del manganeso, mediante el recubrimiento del material con fosfato de litio y el uso de un electrolito muy concentrado.
Mucho más barato. Lo más importante es que el material se puede sintetizar mediante un método simple y económico. Este avance podría permitir la fabricación de baterías de alto rendimiento sin depender de metales escasos y costosos como el níquel y el cobalto.
Los investigadores confían en que su trabajo contribuya a desarrollar una nueva tecnología que sea competitiva frente a las opciones existentes, pero también sostenible y respetuosa con el medio ambiente.
Imágenes | Volvo, Pexels
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