El camino hacia las baterías de litio-aire duraderas

Las baterías de litio-aire se consideraron prometedoras en la década de 1970 como posible fuente de energía para vehículos eléctricos, ya que ofrecían densidades de energía que rivalizaban con las de la gasolina y superaban considerablemente a las típicas de las baterías de iones de litio convencionales. Sin embargo, en las décadas transcurridas desde entonces, no ha sido posible superar los retos que plantea la aplicación práctica de esta tecnología, entre ellos la baja cantidad de ciclos de carga-descarga que soportan estas baterías antes de degradarse.

Unos científicos del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), la Universidad Harvard y la Universidad Cornell, las tres instituciones en Estados Unidos, han encontrado una forma de aislar y estudiar una enigmática sustancia que muy probablemente es la responsable de la degradación de componentes clave en las baterías de litio-aire: el superóxido de litio.

La clave para atrapar al superóxido de litio es el uso de una cubierta confinante de quinona, una molécula que sirve de portadora de energía en biología. Así lo ha comprobado el citado equipo de investigación, que incluye, entre otros, a Matthew Nava, Shiyu Zhang y Katharine Pastore.

Las baterías de litio-aire funcionan mediante la transferencia de electrones desde un cátodo con una gran área de superficie al gas oxígeno durante la descarga, generando depósitos de peróxido de litio, material crucial para esta clase de baterías. El superóxido de litio, que se forma durante la carga y la descarga, es demasiado inestable y de corta duración a temperatura ambiente para que los científicos puedan estudiarlo de forma fiable; por ello, poder generar y estabilizar este intermediario crucial es un paso importante hacia el desarrollo de una batería de litio-aire viable.

Dos viales que muestran el inicio de la reacción redox a la izquierda y el final de la reacción a la derecha. (Foto: gentileza del equipo de investigación)

Los resultados del estudio, además de revelar un método para investigar a fondo el superóxido de litio, sugieren que la encapsulación o confinamiento físico con materiales específicos podría ser una estrategia muy eficaz para prevenir la degradación de partes esenciales en estas baterías y aumentar así la cantidad de ciclos de carga-descarga soportables sin degradación.

A medida que el mundo va pasando lentamente a las fuentes de energía renovables, hay que resolver los problemas de intermitencia en la generación eléctrica proveniente de tales energías, como por ejemplo con la energía solar al caer la noche. Las baterías deberán desempeñar el papel esencial de almacenar y suministrar energía de manera eficiente y barata para garantizar la disponibilidad del suministro eléctrico a todas horas. El descubrimiento de Nava y sus colegas puede haber abierto un camino viable hacia esa meta.

Este estudio pionero se titula “Lithium superoxide encapsulated in a benzoquinone anion matrix”. Y se ha publicado en la revista académica PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences). (Fuente: NCYT de Amazings)