Las baterías de magnesio en estado sólido podrían arrebatar el primer puesto al litio en el sector del almacenamiento

Las baterías de iones de litio son, indiscutiblemente, la mejor batería del mundo en este momento, pero los dispositivos de ion magnesio tienen el potencial de robarle la corona si los científicos resuelven el problema de encontrar un electrolito eficiente. Por el momento, la colaboración entre Berkeley Lab, MIT y el prestigioso Argonne National Laboratory, todos ellos de EEUU ya ha desarrollado un material en estado sólido que parece ser uno de los conductores más rápidos de iones de magnesio, lo que podría convertirlas en baterías más seguras y eficientes.

Las baterías basadas en litio funcionan con todo, desde teléfonos hasta coches eléctricos, y aunque el metal es el que hace todo el trabajo por el momento, hay mucho margen de mejora en términos de eficiencia y precio. El magnesio, por otro lado, tiene una densidad de energía más alta que el litio y es mucho más abundante en el entorno natural, lo que significa que los dispositivos hechos con este material deberían ser más baratos y fáciles de producir.

El obstáculo para usar magnesio en las baterías es a menudo el electrolito, el material que transporta la carga entre el cátodo y el ánodo. La investigación reciente de Toyota y KIT se ha centrado en desarrollar mejores electrolitos líquidos, pero estos tienen la tendencia a corroer otras partes de la batería. Por eso, los científicos de este nuevo estudio han querido probar otra cosa.

"El magnesio es una tecnología tan nueva que no tiene ningún electrolito líquido bueno", dice Gerbrand Ceder, coautor de un artículo que describe el nuevo dispositivo. "Pensamos, ¿por qué no saltar y hacer un electrolito en estado sólido?"

El resultado final de su trabajo es un material llamado magnesio scandium selenide spinel, un electrolito en estado sólido que permite que los iones de magnesio se muevan fácilmente a través del material. De hecho, el equipo descubrió que su electrolito era un conductor tan eficaz como los electrolitos en estado sólido utilizados en algunas baterías de litio.

Los estudios teóricos inicialmente predijeron que el material funcionaría así, y para confirmarlo el equipo realizó experimentos de espectroscopía de resonancia magnética nuclear (RMN). Este instrumento puede ajustarse para detectar iones de magnesio o de litio que se mueven a través de un material, pero debido a que el material que el equipo había desarrollado era tan nuevo y complejo, tuvieron algunos problemas para interpretar los datos.

"Los protocolos son básicamente inexistentes", dice Pieremanuele Canepa, autor principal del estudio. "Estos hallazgos solo fueron posibles al combinar un enfoque de múltiples técnicas (mediciones de sincrotrón y RMN de estado sólido en Argonne) además de la caracterización electroquímica convencional".

A pesar de lo alentador que es el hallazgo, el equipo dice que es necesario solucionar algunos problemas antes de que el material de magnesio se pueda utilizar en una batería real. Actualmente, hay una pequeña cantidad de fuga de electrones, pero la movilidad de iones mejorada es alentadora para una eventual batería comercial de estado sólido, que es mucho más segura que los dispositivos convencionales basados ​​en líquido.

"Probablemente quede un largo camino por recorrer antes de que se pueda fabricar una batería a nivel comercial, pero es la primera demostración de que puedes fabricar materiales en estado sólido con una gran movilidad de magnesio a través de ellos", dice Ceder, "creíamos que el magnesio se mueve lentamente en la mayoría de los sólidos, por lo que nadie pensó que esto sería posible".

La investigación fue publicada en la revista Nature Communications.