Aluminio, azufre y sal, la receta del MIT para producir baterías más baratas y seguras que las de litio
En los últimos años, las baterías de litio se han hecho omnipresentes en nuestras vidas y las encontramos en todo tipo de dispositivos, desde teléfonos móviles hasta vehículos eléctricos. Pero como es bien sabido, la escasez de litio tiene como consecuencia inevitable la subida de su precio. Además, las celdas de estas baterías pueden explotar o incendiarse si se dañan o se utilizan de forma inadecuada.
Investigadores del MIT (Instituto Tecnológico de Massachusetts) y de otros laboratorios estadounidenses, chinos y canadienses parecen haber encontrado una alternativa al litio que evita todos los inconvenientes descritos y, al mismo tiempo, puede equipararse a él en lo que respecta a fiabilidad y densidad de energía. La receta que han hallado no puede ser más simple y barata, a base de aluminio, azufre y sal, materiales todos muy comunes en la naturaleza y, en consecuencia, muy económicos.
El aluminio necesario para producir esta nueva batería no es diferente del que compone el papel de aluminio que podemos comprar en el supermercado. El azufre abunda como producto de desecho en procesos industriales como el refino de petróleo, y las sales están “ampliamente disponibles”, como destaca el propio MIT. El profesor Donald Sadoway, que ha encabezado la investigación -publicada en la revista Nature-, resume, casi con guasa: “Los ingredientes son baratos y la cosa es segura, no se puede quemar”.
En sus experimentos, el equipo demostró que celdas del nuevo dispositivo pueden soportar cientos de ciclos de carga y descarga, y que además admiten la recarga rápida, que en algunas de las pruebas se lograba en menos de un minuto. Gracias a esta configuración química, cuando esta clase de celdas pueda producirse a gran escala, el coste de una batería dotada de esta tecnología se reduciría a una sexta parte en comparación con el de una batería de litio de tamaño semejante.
Sadoway y los suyos comenzaron a trabajar buscando con ayuda de la tabla periódica un sustituto para el litio entre los metales más baratos y abundantes en el Tierra. Como el hierro, que es el comercialmente dominante, carece de las propiedades electroquímicas adecuadas para una batería eficiente, pusieron sus ojos en el aluminio, segundo metal más abundante en el mercado y, de hecho, el metal más abundante en nuestro planeta.
Para el otro electrodo eligieron el más barato de todos los no metales, el azufre, y en cuanto al electrolito que debía transportar iones de un lado a otro durante la recarga y la descarga, la decisión recayó en una variedad de sales fundidas que tienen puntos de fusión relativamente bajos, cerca del punto de ebullición del agua.
Según mostraron las pruebas, las nuevas celdas no solo podían funcionar a altas temperaturas, hasta 200 grados, sino que lo hacían de forma óptima a partir de los 110 grados. De hecho, la recarga fue 25 veces más rápida a esta temperatura que a 25°.
Además, la batería de Sadoway y compañía no requiere de una fuente de calor externa para mantener su temperatura de funcionamiento. El calor se produce electroquímicamente de forma natural mediante la carga y descarga del propio dispositivo. “Mientras cargas, generas calor, y eso evita que la sal se congele. Y luego, cuando descargas, también genera calor”, explica el profesor.
Beneficios imprevistos
Por si fuera poco, la sal fundida escogida como electrolito resultó tener una ventaja añadida debido a su bajo punto de fusión: evitó la formación de dendritas, estrechas puntas de metal que se acumulan en el electrodo y echan a perder el funcionamiento de la batería.
Los investigadores aseguran que este diseño de batería se adapta muy bien a capacidades del orden de “algunas docenas” de kWh, precisamente lo que se precisa para alimentar un vehículo eléctrico o una vivienda.
También podrían ser ideales como estaciones de carga para coches. Sadoway detalla que, cuando los vehículos eléctricos se vuelven tan comunes en las carreteras que varios de ellos quieren cargarse a la vez, como sucede hoy en día en las gasolineras, “se necesitan amperajes demasiado altos para la capacidad de la línea que alimenta la instalación”. Por lo tanto, disponer de un sistema de batería como este para almacenar energía y luego liberarla rápidamente cuando sea necesario podría eliminar la necesidad de instalar nuevas y costosas líneas de energía para estos cargadores.
Para instalaciones mayores que coches o viviendas, que requieren de decenas a cientos de megavatios hora, pueden ser más efectivas otras tecnologías como las baterías de metal líquido que el propio Sadoway y sus estudiantes desarrollaron hace varios años y que le han valido al profesor emérito del MIT el Premio al Inventor Europeo del presente año.
La batería de aluminio y azufre, por su parte, ya es la base de una nueva empresa derivada llamada Avanti, que ha licenciado las patentes del sistema. “La primera orden del día para la compañía es demostrar que funciona a escala”, concluye Sadoway, y luego someterla a una serie de pruebas de estrés, incluida la ejecución de cientos de ciclos de carga.
