Nuevo concepto de baterías de litio-aire. La capacidad teórica de almacenamiento de energía de estas baterías es diez veces mayor que la de iones de litio convencionales del mismo peso. Pero aún no son lo suficientemente estables químicamente para proporcionar una solución confiable.
Un proyecto de investigación colaborativo recientemente lanzado en el que participa un equipo de la Universidad de Oldenburg, Alemania, dirigido por el profesor químico Dr. Gunther Wittstock, está probando un nuevo concepto para extender la vida útil de las celdas de este tipo de batería.
Las baterías de litio-aire funcionan básicamente de la misma manera que los tipos de baterías convencionales. Pero en este tipo caso se utiliza la reacción de los iones de litio con el oxígeno del aire en el electrodo positivo para generar electricidad. La gran ventaja es que las baterías de litio-aire pueden almacenar casi tanta energía por kilogramo como los combustibles fósiles.
Esto significa que tienen una energía específica similar a las baterías actuales, pero pesan mucho menos. Lo que las hace atractivas para su uso en coches eléctricos, así como en el almacenamiento de energía estacionario.
«Sin embargo, antes de que lleguemos tan lejos, todavía hay una serie de problemas técnicos por resolver», subraya Wittstock. Uno de estos desafíos es la falta de electrolitos que sean químicamente estables, tanto en el electrodo positivo como en el negativo.
El oxígeno del aire se reduce en las baterías de litio-aire
En las baterías de litio-aire, uno de los electrodos está hecho de litio metálico. Mientras que el otro, llamado electrodo de difusión de gas, consiste en una red porosa y material conductor. Donde el oxígeno (O2) del aire se reduce en una reacción de oxidación-reducción.
Cuando la batería se está descargando, los iones de litio cargados positivamente se mueven desde un electrodo a través del electrolito hasta el electrodo de difusión de gas. Allí se combinan con el oxígeno y los electrones de un circuito eléctrico externo para formar óxido de litio. Esto genera una corriente eléctrica que se puede utilizar para proporcionar energía a los dispositivos eléctricos. Durante la carga, el litio y el oxígeno se separan una vez más y los iones y electrones viajan en direcciones opuestas.
Para aumentar la estabilidad de la batería de litio-aire, el equipo del proyecto tiene como objetivo diseñar una membrana que separe el electrodo positivo del electrodo negativo. Lo que permite utilizar diferentes electrolitos en cada lado. «Esto ampliaría significativamente las opciones de electrolitos», dice el coordinador del proyecto de IOLITEC, el Dr. Thomas Schubert. Los científicos planean probar un separador con un revestimiento especial en cada lado. Que protege tanto el electrodo de litio como el electrodo de difusión de gas. Nuevo concepto de baterías de litio-aire.
Varios métodos en prueba
El equipo de Oldenburg dirigido por Wittstock está utilizando varios métodos, incluida la espectroscopia de superficie y la microscopia electroquímica de barrido (SECM). Para investigar los procesos en las superficies del separador y los electrodos. IOLITEC está desarrollando la capa de separación junto con un equipo del Centro de Investigación de Baterías MEET de la Universidad de Münster, dirigido por Verena Küpers. “Estamos probando diferentes recubrimientos que se adaptan específicamente a los desafíos que plantea cada tipo de electrodo”, explica Küpers.
El equipo de MEET también realiza mediciones de prueba. En el Fraunhofer IFAM, un equipo dirigido por la Dra. Daniela Fenske está desarrollando un nuevo tipo de electrodo de difusión de gas hecho de carburo de titanio nanoestructurado.
«Se combinará con una membrana especial que evita que los componentes parásitos del aire, como el dióxido de carbono o el vapor de agua, entren en la célula», explica Fenske. El objetivo final de los investigadores es desarrollar un prototipo que demuestre que se puede lograr un sistema estable y recargable. Para ello se prevé la construcción de una celda plana con una superficie de 25 centímetros cuadrados.
Acerca del proyecto
El proyecto, titulado «Materiales y componentes alternativos para baterías apróticas de litio-oxígeno: química y estabilidad de componentes inactivos – AMaLiS 2.0». Está liderado por IOLITEC Ionic Liquids Technologies, una empresa con sede en Heilbronn, Alemania. También participan el Centro de Investigación de Baterías MEET (Tecnología de Energía Electroquímica de Münster) de la Universidad de Münster y el Instituto Fraunhofer de Tecnología de Fabricación y Materiales Avanzados IFAM en Bremen. El proyecto recibirá alrededor de 1,1 millones de euros en financiación del Ministerio Federal de Educación e Investigación durante un período de tres años. Nuevo concepto de baterías de litio-aire.
