El mundo depende cada vez más de las baterías. Necesitamos baterías que sobrevivan más cargas, que puedan almacenar más en función de su masa y volumen, y necesitamos baterías más baratas y menos contaminantes. Analizar uno por uno los materiales que podemos utilizar para construirlas es imposible, pero hemos diseñado una forma de facilitar nuestro trabajo. El resultado: decenas de miles de moléculas candidatas.
Una promesa en baterías. Un equipo de investigadores del Dutch Institute for Fundamental Energy Research (DIFFER) ha desarrollado una base de datos con 31.618 moléculas que podrían ser utilizadas para crear un tipo de baterías, conocido como baterías “redox flow”.
Se trata de baterías líquidas (de flujo o flow) que combinan reacciones químicas de reducción y oxidación (redox). Esto implica que los compuestos buscados por los investigadores deben tener dos propiedades: solubilidad en agua y potencial para desarrollar reacciones de reducción-oxidación.
Quinonas y Aza-aromáticas. Para encontrar estas moléculas los investigadores se centraron en dos tipos de compuestos aromáticos: azas y quinonas. Las moléculas de estas familias tienen gran capacidad para aceptar y donar electrones, lo que las convierte en buenas candidatas para la creación de baterías.
El primer paso del equipo consistió en crear posibles combinaciones moleculares a partir de los compuestos aromáticos seleccionados. Para hacerlo introdujeron 24 estructuras de la familia de las quinonas y 28 de la de los aza-aromáticos (además de otros cinco grupos moleculares que consideraron relevantes para el análisis. Con ello lograron crear una lista de 31.618 moléculas que podrían en potencia ser utilizadas en la fabricación de batería.
Hacia una base de datos exhaustiva. Generar la lista era tan solo el primer paso en la creación de una base de datos exhaustiva. Gracias a una supercomputadora, el equipo logró calcular las propiedades de cada molécula atendiendo a 300 variables.
Además de estas 300 propiedades, los investigadores estaban interesados en una más, saber cuáles de estas moléculas eran solubles en agua. En este caso tuvieron que recurrir a algoritmos de aprendizaje automatizado.
El resultado: una base de datos. Una vez identificadas las características clave de las moléculas, el equipo introdujo todos los datos en una base de datos a la que han denominado RedDB (por Redox DataBase). El trabajo del equipo se ha presentado en un artículo en la revista Scientific Data.
No solo baterías. Estudiar las propiedades de determinados compuestos en mas es una de las fronteras que químicos e ingenieros han traspasado en los últimos años gracias a los avances en computación. Hace unos meses un equipo internacional de investigadores llevaba a cabo un proceso semejante para encontrar aleaciones de entropía alta, materiales compuestos de diferentes elementos en proporciones más equilibradas que en las aleaciones convencionales.
El futuro energético. La demanda de soluciones en el mercado de las baterías es alta. Por una parte por la creciente industria de los automóviles eléctricos. Se trata quizás de la industria que más avances requiere a la hora de crear baterías que permitan una mayor autonomía a los vehículos.
Sin embargo no es la única. La descarbonización de la economía requerirá mejores sistemas de almacenado de energía eléctrica. Hasta ahora nuestra mejor opción para el almacenaje masivo de energía son las centrales hidroeléctricas de bombeo.
Sin embargo si no pueden implementarse en cualquier lugar, por lo que las baterías son necesarias para compensar el desequilibrio entre oferta y demanda de energía a lo largo de distintas franjas horarias.
Imagen | Simonhackett, CC BY-SA 4.0
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