Nuevas baterías para una mayor protección del clima
El Premio Europeo de la Ciencia Körber 2021 se concede a la química Clare Grey
El Premio Europeo de la Ciencia Körber 2021, dotado con un millón de euros, es para Clare Grey. La química británica fue pionera en la optimización de las baterías con ayuda de la espectroscopia de RMN.
Clare Grey
University of Cambridge
Grey fue pionera en la optimización de las baterías con la ayuda de la espectroscopia de RMN. Este método permite conocer de forma no invasiva el funcionamiento interno de las baterías, y es similar a la resonancia magnética, que los médicos utilizan para examinar a los pacientes. Sus estudios de RMN han contribuido a aumentar considerablemente el rendimiento de las baterías de iones de litio, que suministran energía a teléfonos móviles, ordenadores portátiles o vehículos electrónicos, por ejemplo. Además, Grey ha contribuido al desarrollo de nuevos tipos de baterías, como las de litio-aire, que multiplican por diez su densidad energética, y otras que se cargan muy rápidamente y son especialmente seguras en su funcionamiento. También está investigando sistemas de almacenamiento rentables y duraderos para la electricidad procedente de fuentes renovables. La británica considera que su investigación fundamental es una importante contribución a la consecución del objetivo declarado por la Unión Europea de neutralidad climática para 2050.
Los primeros teléfonos móviles recordaban a los ladrillos por su volumen y peso. Sólo llegaron a ser realmente manejables a principios de los años 90 con las potentes baterías de iones de litio. Estos tipos de baterías se desarrollaron en realidad para las cámaras de vídeo que se llevaban al hombro. Casi ninguno de los ingenieros de la época tenía la menor idea de que las baterías de iones de litio abrirían la puerta a los futuros dispositivos de comunicación portátiles y con capacidad para Internet, y mucho menos a la actual era de la electromovilidad.
"Desde 1991, las baterías de iones de litio han avanzado mucho", explica Clare Grey. "Su densidad energética se ha triplicado. Eso significa que su peso puede reducirse en dos tercios, manteniendo la misma capacidad de almacenamiento eléctrico. Además, los precios han bajado un 90%". "La química británica ha hecho una contribución clave a este desarrollo. Grey es un pionero en el estudio de los sólidos con la ayuda de la espectroscopia de RMN. La RMN utiliza las resonancias de los núcleos atómicos para obtener nuevos conocimientos sobre materiales como las baterías. Con la ayuda de la tecnología de RMN, Grey pudo estudiar los procesos electroquímicos durante la carga y descarga de las baterías mientras funcionan para seguir los iones de litio mientras entran y salen de los materiales de la batería.
Grey ya había trabajado en espectroscopia de RMN durante sus estudios universitarios
Clare Grey, de 56 años, estudió química en la Universidad de Oxford (Reino Unido). A los 22 años publicó su primer artículo científico en la revista científica "Nature". Tras doctorarse en 1991, se trasladó a la Universidad de Radboud, en Nimega (Países Bajos). En 1992/93 Grey trabajó como científica visitante en la empresa química estadounidense Dupont. A partir de 1994, fue profesora asistente en la Universidad Estatal de Nueva York en Stony Brook, donde se convirtió en profesora titular en 2001. En 2009 fue nombrada catedrática Geoffrey Moorhouse Gibson en la Universidad británica de Cambridge. También es miembro de la Royal Society desde 2011.
Grey ya había trabajado en la espectroscopia de RMN durante sus estudios universitarios y la utilizó para examinar metales como el estaño. En aquel momento, se trataba de un territorio nuevo, ya que los físicos y químicos suelen estudiar la estructura de los sólidos bombardeándolos con rayos X. La difracción de los rayos X revela la estructura interna de las muestras. Con este método, los posteriores premios Nobel James Watson y Francis Crick pudieron detectar en 1953 la estructura de doble hélice de la molécula hereditaria ADN. Una alternativa especialmente potente es la espectroscopia de RMN. La abreviatura NMR significa "resonancia magnética nuclear".
La RMN es más fácil con muestras líquidas en las que las moléculas se mueven muy rápido, promediando las interacciones entre ellas. Grey, en cambio, fue una de las primeras en su campo en utilizar la RMN para investigar sólidos como los metales. Durante su estancia en Estados Unidos, conoció a investigadores de la empresa Duracell que la inspiraron para utilizar la tecnología de RMN para estudiar los materiales de las pilas. "Antes, las investigaciones habituales con rayos X sólo proporcionaban una imagen media", dice Grey. "Con la ayuda de la RMN, ahora pude detectar los detalles más finos de estos materiales, a menudo desordenados". "Al principio, examinó los ingredientes individuales abriendo las pilas en una determinada fase de su ciclo de carga y vida. El objetivo era, en parte, averiguar qué procesos químicos provocan el envejecimiento de las baterías y cómo se puede aumentar su vida útil y su capacidad. Más tarde, Grey mejoró la tecnología de RMN para poder utilizarla también para examinar las pilas de forma no destructiva durante su funcionamiento, lo que se conoce como experimentos "in situ ". Estas mediciones también ayudaron a descubrir sustancias de vida corta y a acelerar enormemente los estudios.
El Premio Europeo de la Ciencia Körber 2021 se entregará a Clare Grey el 10 de septiembre
Grey también está investigando las baterías para la próxima era "más allá del litio", que contienen el sodio, más ecológico, en lugar del litio. Sin embargo, estas baterías son más pesadas y más adecuadas como almacenamiento intermedio de bajo coste para la energía eólica o solar. Lo mismo ocurre con las novedosas baterías de flujo redox, que almacenan la energía eléctrica en dos depósitos separados de productos químicos. Grey también ha podido seguir "en vivo" los procesos de estas baterías líquidas mediante sus estudios de RMN y, entre otras cosas, averiguar las causas de los procesos de degradación. Está trabajando en optimizar aún más el método de RMN en el futuro para diseñar baterías aún más potentes, de carga más rápida y más respetuosas con el medio ambiente.
En 2019, Grey cofundó una empresa de baterías de carga ultrarrápida que utiliza la tecnología desarrollada en sus laboratorios. Otra empresa suministra la tecnología de medición de RMN que ella diseñó a laboratorios de todo el mundo. Para alcanzar los objetivos climáticos, Grey cree que es muy importante que "la investigación básica sobre nuevas tecnologías de baterías esté ya en pleno apogeo hoy, mañana será demasiado tarde".
El Premio Europeo de la Ciencia Körber 2021 se entregará a Clare Grey el 10 de septiembre en el Gran Salón de Fiestas del Ayuntamiento de Hamburgo. El Premio Körber, dotado con un millón de euros, es uno de los premios de investigación mejor dotados del mundo. El cinco por ciento del dinero del premio se destina a la comunicación científica. Desde 1985, la Fundación Körber distingue cada año con el Premio Körber un avance importante en las ciencias físicas o de la vida en Europa. Se concede a enfoques de investigación excelentes e innovadores con gran potencial de aplicación. Hasta la fecha, seis galardonados han recibido también el Premio Nobel tras recibir el Premio Körber.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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