Fabricar baterías más seguras y potentes con recursos accesibles requiere electrolitos sólidos y reemplazar el litio por sodio. Ahora se ofrece una solución química a los desarrolladores de baterías.
Las baterías de litio que alimentan nuestros dispositivos electrónicos y vehículos eléctricos tienen varios inconvenientes.
El electrolito, el medio que permite que los electrones y las cargas positivas se muevan entre los electrodos, es un líquido inflamable. Además, el litio del que están hechos es un recurso limitado que es el foco de importantes problemas geopolíticos.
Los especialistas en cristalografía de la Universidad de Ginebra (UNIGE) han desarrollado un electrolito sólido no inflamable que funciona a temperatura ambiente. Transporta sodio, que se encuentra en todas partes de la tierra, en lugar de litio.
Es una combinación ganadora que también significa que es posible fabricar baterías que son más potentes. Las propiedades de estas baterías «ideales» se basarían en la estructura cristalina del electrolito, un hidroborato formado por boro e hidrógeno.
El desafío de almacenar energía es colosal para las iniciativas de sostenibilidad. De hecho, el desarrollo de vehículos eléctricos que no emitan gases de efecto invernadero depende de la existencia de baterías potentes y seguras, al igual que el desarrollo de las energías renovables - solar y eólica - depende de las capacidades de almacenamiento de energía.
Las baterías de litio son la respuesta actual a estos desafíos. Desafortunadamente, el litio requiere electrolitos líquidos, que son altamente explosivos en caso de una fuga. "Es más, el litio no se encuentra en todas partes de la tierra y crea problemas geopolíticos similares a los que rodean al petróleo. El sodio es un buen candidato para reemplazarlo porque tiene propiedades químicas y físicas cercanas al litio y se encuentra en todas partes ”, argumenta Fabrizio Murgia, becario postdoctoral de la Facultad de Ciencias de UNIGE.
Pero hay un problema. "El sodio es más pesado que su primo litio. Eso significa que tiene dificultades para abrirse camino en el electrolito de la batería », añade Matteo Brighi, becario postdoctoral de UNIGE y primer autor del estudio. Por consiguiente, existe la necesidad de desarrollar electrolitos capaces de transportar cationes como el sodio. En 2013 y 2014, grupos de investigación japoneses y estadounidenses identificaron los hidroboratos como buenos conductores de sodio a más de 120 ° C. A primera vista, esta es una temperatura excesiva para el uso diario de las pilas ... pero fue una bendición para el laboratorio de Ginebra.
Con décadas de experiencia en hidroboratos utilizados en aplicaciones como el almacenamiento de hidrógeno, los cristalógrafos de Ginebra se pusieron a trabajar para reducir la temperatura de conducción.
"Obtuvimos muy buenos resultados con excelentes propiedades compatibles con baterías. Logramos usar hidroboratos como electrolito desde temperatura ambiente hasta 250 grados Celsius sin problemas de seguridad. Además, resisten mayores diferencias de potencial, lo que significa que las baterías pueden almacenar más energía", continúa Radovan Cerny, profesor del Laboratorio de Cristalografía de UNIGE y líder del proyecto.
La cristalografía, una ciencia situada entre la mineralogía, la física y la química, se utiliza para analizar y comprender las estructuras de sustancias químicas y predecir sus propiedades. Gracias a la cristalografía, es posible diseñar materiales. Este es el enfoque cristalográfico que se utilizó para implementar las estrategias de fabricación publicadas por el trío de investigadores con sede en Ginebra.
"Nuestro artículo ofrece ejemplos de estructuras que se pueden utilizar para crear y alterar los hidroboratos», dice Murgia. La estructura de los hidroboratos permite que emerjan esferas de boro e hidrógeno con carga negativa. Estos espacios esféricos dejan suficiente espacio para que pasen los iones de sodio cargados positivamente. ¿Será esta la solución ideal para el desarrollo de baterías?
Miguel
25/10/2020