Cátodos de manganeso, ¿camino hacia pilas de iones de litio más baratas y seguras?

Las baterías recargables de iones de litio son cada vez más utilizadas en dispositivos como teléfonos inteligentes y ordenadores portátiles, vehículos eléctricos y sistemas de almacenamiento de energía. Pero las reservas de níquel y cobalto, dos elementos químicos que suelen utilizarse en los cátodos de estas baterías, son limitadas. Una nueva investigación abre una alternativa potencial segura y de bajo coste: el manganeso, el quinto metal más abundante en la corteza terrestre.

Un equipo encabezado por Han-Ming Hau, de la Universidad de California en Berkeley, Estados Unidos, así como del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, dependiente del Departamento de Energía de Estados Unidos, ha comprobado que el manganeso puede utilizarse eficazmente en una clase nueva y prometedora de materiales para cátodos, la de los denominados DRX. Investigaciones anteriores sugerían que, para funcionar bien, los materiales DRX debían triturarse hasta obtener partículas de tamaño nanométrico en un proceso que consumía mucha energía. Pero en el nuevo estudio se ha descubierto que los cátodos de manganeso pueden funcionar mejor con partículas cuyo tamaño es unas mil veces mayor que el tamaño que se consideraba que debían tener para poder hacer su trabajo.

“Hay muchas formas de generar energía renovable, pero lo importante es cómo almacenarla”, subraya Han-Ming Hau. “Aplicando nuestro nuevo enfoque, podemos utilizar un material que es a la vez abundante en la Tierra y de bajo coste, y cuya producción requiere menos energía y tiempo que la de algunos materiales comercializados para cátodos de baterías de iones de litio. Las nuevas pilas así fabricadas pueden almacenar tanta energía como las convencionales y funcionar igual de bien que ellas.

Los investigadores utilizaron un novedoso proceso de dos días con temperaturas no muy altas (unos 200 grados centígrados). Esto contrasta con el proceso existente para materiales DRX basados en manganeso, que requiere más de tres semanas de tratamiento.

Los investigadores utilizaron microscopios electrónicos de última generación para captar imágenes a escala atómica del material de manganeso en acción. Comprobaron que, tras aplicar su proceso, el material formaba una estructura a nanoescala que garantizaba un buen rendimiento de la pila.

El nuevo proceso de fabricación de materiales para baterías a base de manganeso permite a los investigadores utilizar partículas de mayor tamaño, aquí observadas por un microscopio electrónico de barrido. (Imagen: Han-Ming Hau / Berkeley Lab / UC Berkeley)

Hau y sus colegas exponen los detalles técnicos de sus últimos avances con cátodos de manganeso en la revista académica Nature Nanotechnology, bajo el título “Earth-abundant Li-ion cathode materials with nanoengineered microstructures”. (Fuente: NCYT de Amazings)