Un nuevo tipo de batería desarrollada por investigadores del Massachusetts Institute of Technology (MIT) podría ser fabricada, en parte, a partir del dióxido de carbono (CO2) capturado en las plantas de energía. En lugar de tratar de convertir el dióxido de carbono en productos químicos especializados que utilizan catalizadores metálicos, lo que actualmente significa un gran desafío, esta batería podría convertir continuamente el dióxido de carbono en un carbonato mineral sólido a medida que se descarga.

Aunque la investigación está todavía lejos de la implementación comercial, la nueva formulación de este tipo de batería podría abrir nuevas vías para adaptar las reacciones de conversión de dióxido de carbono electroquímico, que en última instancia pueden ayudar a reducir la emisión de gases de efecto invernadero a la atmósfera.

La batería está hecha de litio metálico, carbono y un electrolito diseñado por los investigadores que describen sus hallazgos en la revista Joule, a través de un documento del profesor asistente de ingeniería mecánica Betar Gallant, el estudiante de doctorado Aliza Khurram y el postdoctorado Mingfu He.

En la actualidad, las plantas de energía equipadas con sistemas de captura de carbono generalmente utilizan hasta el 30 % de la electricidad que generan solo para potenciar la captura, liberación y almacenamiento de dióxido de carbono. Cualquier cosa que pueda reducir el coste de ese proceso de captura, o que pueda resultar en un producto final que tenga valor, podría cambiar significativamente la economía de dichos sistemas, aseguran los investigadores.

Sin embargo, “el dióxido de carbono no es muy reactivo”, ha explicado Gallant, por lo que “tratar de encontrar nuevas vías de reacción es importante”. En general, la única forma de lograr que el dióxido de carbono muestre una actividad significativa en condiciones electroquímicas es con grandes entradas de energía en forma de altos voltajes, lo que puede ser un proceso costoso e ineficiente.

El gas sufriría reacciones que producen un químico o un combustible útil. Sin embargo, los esfuerzos de conversión electroquímica, generalmente se realizan en agua y se obstaculizan por la alta cantidad de energía requerida y la escasa selectividad de los productos químicos producidos.

En estado líquido Gallant y sus compañeros analizaron si la química de captura de dióxido de carbono podría usarse para producir electrolitos cargados con dióxido de carbono, donde el gas capturado podría ser utilizado durante la descarga de la batería para proporcionar una potencia de salida. Este enfoque es diferente de liberar el dióxido de carbono a la fase gaseosa para el almacenamiento a largo plazo, como ahora se usa en la captura y secuestro de carbono (CCS).

Si bien el interés ha crecido recientemente en el desarrollo de baterías de dióxido de carbono y litio, que utilizan el gas como reactivo durante la descarga, la baja reactividad del dióxido de carbono ha requerido típicamente el uso de catalizadores metálicos, que no solo son caros, pero su función sigue siendo poco conocida, y las reacciones son difíciles de controlar.

Sin embargo, al incorporar el gas en estado líquido, Gallant y sus colaboradores encontraron la manera de lograr la conversión electroquímica de dióxido de carbono utilizando solo un electrodo de carbono. La clave es preactivar el dióxido de carbono incorporándolo a una solución de amina.

A través de una serie de experimentos, los investigadores han demostrado que este enfoque funciona y pueden producir una batería de dióxido de carbono y litio con voltaje y capacidad que sea competitiva con las baterías de litio de última generación. Además, la amina actúa como un promotor molecular que no se consume en la reacción.

En este estudio inicial de prueba de concepto, decidieron usar un electrolito no acuoso porque limitaría las vías de reacción disponibles y, por lo tanto, haría más fácil caracterizar la reacción y determinar su viabilidad. El material de amina que eligieron se usa actualmente para aplicaciones de CCS, pero no se había aplicado anteriormente a las baterías.