Baterías verdes, ¿las baterías del futuro?

La principal preocupación de los consumidores a la hora de adquirir dispositivos electrónicos como teléfonos móviles u ordenadores portátiles es la duración de la batería: estaríamos mucho más satisfechos si nuestra batería durara un mes o incluso una semana en vez de un solo día, como es lo habitual en la nueva generación de móviles. Empleando una batería orgánica esto podría ser posible. Recientemente, algunos científicos han dirigido sus investigaciones hacia la electroquímica fundamental de compuestos orgánicos para hacer este sueño realidad.

Autora: [Suheda ISIKLI. IMDEA Energía]

Las baterías basadas en litio podrían continuar dominando el mercado según muchos expertos, en parte debido a su elevada tensión (hasta 3,7 voltios, comparada con los 2 voltios de la batería de plomo-ácido o los 1,2 voltios de la batería de níquel-metal hidruro). Este alto voltaje se traduce en más energía disponible, lo que ha sido clave en la comercialización de las baterías de litio-ión. Las baterías Li-ion disfrutaron de un gran éxito comercial en dispositivos electrónicos portátiles y se están teniendo en consideración para la alimentación de las nuevas generaciones de vehículos eléctricos híbridos. Sin embargo, estas baterías requieren de algunas mejoras relacionadas con la sostenibilidad y la seguridad. El principal inconveniente de los componentes electroactivos de las baterías de litio-ión actuales, tales como el LiCoO₂ and LiMn₂O₄, es que no se pueden obtener a partir de recursos renovables, sino que se extraen de minas que se agotarán en algún momento y que además pueden ser peligrosas para el medio ambiente y para el ser humano.

La extracción de materias primas y las técnicas de procesado de electrodos requieren grandes cantidades de energía. Además, las baterías deben ser recicladas, en un proceso que necesita energía adicional y provoca más emisiones de CO₂. Diversos investigadores citan una evaluación de ciclo de vida que indica que se emiten 72 kg de CO₂ por kWh de capacidad de almacenamiento durante la producción de baterías de Li-ion y su reciclaje.¹ Está claro que esta cantidad no es despreciable teniendo en cuenta las previsiones de producción anual de 10 000 millones de celdas. Por lo tanto, se vuelve una obligación la reducción del consumo de recursos no renovables, así como de la cantidad de energía empleada durante su obtención.

Durante los últimos años los investigadores, conscientes de estos problemas, se han centrado en materiales alternativos para electrodos, cuyos componentes principales deberían ser abundantes, de bajo coste y no tóxicos. Determinados componentes orgánicos cumplen estos requisitos. Esta área de investigación tiene un brillante futuro: los primeros intentos de construir electrodos orgánicos para baterías Li-ion se enfrentaron a varios problemas como la baja capacidad de almacenamiento y un pobre ciclo de vida; sin embargo, se han obtenido resultados que apuntan a la superación de estos problemas.

 Las baterías orgánicas/verdes se componen de materiales orgánicos en lugar de metales pesados tóxicos. Además, son más ligeras, son más moldeables y tienen potencial para almacenar más energía que las baterías convencionales, siendo por otra parte más seguras, más respetuosas con el medio ambiente y más baratas

Investigadores de la Université de Picardie Jules Verne de Francia han propuesto recientemente la posibilidad de introducir materia orgánica proveniente de la biomasa como base para la fabricación de electrodos. El material denominado “myo-inositol”, que se puede obtener a partir de recursos renovables como el maíz, se empleó como precursor de oxocarbono, sin que se tuvieran que emplear disolventes tóxicos para su fabricación.

Figura 1. Baterías sostenibles basadas en materiales orgánicos provenientes de biomasa.

El “myo-inositol” extraído del maíz se emplea para preparar el compuesto electroquímico activo Li₂C₆O₆, mientras que el ácido málico proveniente de las manzanas puede experimentar policondensación hacia una poliquinona activa electroquímicamente con el litio.²

 La sal Li₂C₆O₆  producida mediante los métodos de la química verde, demuestra una capacidad de almacenamiento reversible de 580 mAh/g para una densidad específica de energía de 1300 Wh/kg de material activo y una buena estabilidad térmica, a pesar de un pobre ciclo de vida.²

 Este trabajo ilustra una buena combinación del uso de la química verde moderna, la electroquímica y los conceptos de la ciencia de los materiales, partiendo de un precursor renovable y natural para la síntesis de las moléculas electroactivas. Por tanto, esta combinación abre nuevas perspectivas en términos de ciclo de vida, costes y la sostenibilidad del desarrollo tecnológico de las baterías Li-ion.

Ahora la cuestión es si las baterías orgánicas serán las baterías del futuro. En general, se necesitarían nuevos avances radicales de estas baterías. A pesar de las ventajosas propiedades de las baterías Li-ion orgánicas, como su ligereza, su rendimiento y ciclo de vida están muy por detrás de las baterías Li-ion inorgánicas.

 1. Chen, H. Y.; Armand, M.; Courty, M.; Jiang, M.; Grey, C. P.; Dolhem, F.; Tarascon, J. M.; Poizot, P. Lithium Salt of Tetrahydroxybenzoquinone: Toward the Development of a Sustainable Li-Ion Battery. Journal of the American Chemical Society 2009, 131 (25), 8984-8988.

2. Armand, M.; Tarascon, J. M. Building better batteries. Nature 2008, 451 (7179), 652-657.