Un equipo del National Institute for Materials Science (NIMS) está desrrollando una novedosa batería de coche eléctrico que utiliza oxígeno del aire como parte activa del proceso, una tecnología que podría dotarle de densidades energéticas parecidas a las de un motor de gasolina.
Los investigadores denominan a este futuro producto como batería de litio-aire, aunque el desarrollo está todavía en una fase temprana. Estas pilas estarían corformadas por una nueva membrana de carbono que podría llegar a resolver tres problemas clásicos de las baterías, que no son otros que mejorar la potencia, extender la vida útil y aumentar la estabilidad.
El equipo de cientificos ha detallado que la clave está en controlar las reacciones internas, ya que hasta la fecha los intentos de desarrollo de este tipo de baterías fracasaban por la aparición de depósitos que limitaban la capacidad tras algunos ciclos. El este sentido, Shoichi Matsuda, responsable de la investigacion, ha asegurado que "la estructura de poros del material determina lo bien que puede reaccionar el oxígeno".
Para solucionar esta situacion, los investigadores desarrollaron una membrana con canales de distintos tamaños, en forma de escalas diminutas como una doble hélice de ADN que ronda los 2 nanómetros. Los especialistas han señalado que en ese tamaño ocurren reacciones químicas que permiten almacenar energía.
La clave de esta nueva membrana estaría en que permite que el oxígeno circule de forma uniforme, lo que suaviza las reacciones, reduce la pérdida de líquido necesario para el intercambio de energía y mejora la estabilidad térmica, sometiendo el carbono a una temperatura extrema de unos 2.100 ºC para reorganizar su estructura atómica, obteiendo como resultado que la densidad energética por kilo se incrementa.
Esta operación incrementa la resistencia de la electrodos y, sobre todo, su durabilidad. En este sentido, otro de los investigadores, Arghya Dutta, ha asegurado que esta etapa térmica fue “decisiva” para que la batería durase mucho más de lo habitual en esta tecnología.
En laboratorio, seis electrodos de 4 x 4 centímetros soportaron 19 ciclos de carga y descarga sin pérdida apreciable de rendimiento; y fue en el ciclo número 20 cuando la tensión cayó con claridad, lo que supone una estabilidad poco común en este tipo de celdas.
Según Matsuda, la batería alcanzó una densidad energética de 360 Wh/kg, aproximadamente el doble que muchos ion-litio actuales de ese tamaño, siendo el potencial aún mayor, ya que las previsiones del instituto apuntan a más de 700 Wh/kg en futuras versiones, siendo el límite teórico de alrededor de 11.000 Wh/kg, similar al de la gasolina.
Además, los investigadores han conseguido fabricar electrodos más grandes, de 10 x 10 centímetros, un paso crucial para que la tecnología pueda escalarse fuera del laboratorio. Con esto, los especialistas pretenden demostrar que el proceso no solo funciona en ámbitos diminutos, sino también en piezas mayores.
Así las cosas, uno de los grandes retos de cualquier batería experimental que pasa por mantener la calidad del material al aumentar el tamaño, parece parcialmente superado, ya que a diferencia de las baterías de ion-litio, esta tecnología utiliza oxígeno como reactivo principal.
Aunque en las pruebas el oxígeno no procedía del aire ambiental, sino de una alimentación externa controlada, el concepto parece funcionar a la perfeccion, porque ese reactivo puede venir de fuera, liberando espacio dentro de la celda para almacenar más energía, lo que la convierte en una candidata ideal para aplicaciones donde cada kilo importa, con es el caso de los coches eléctricos, la aviación ligera o los dispositivos portátiles.
Ahora, el equipo ya trabaja en ampliar el número de ciclos y afinar la química interna para acercarse al rendimiento necesario en aplicaciones reales.
