Una batería orgánica de iones de litio de 4 V se acerca a la realidad
Baterías orgánicas de iones de litio de alto voltaje y respetuosas con el medio ambiente
Un equipo de investigación conjunto de la Universidad de Tohoku y la Universidad de California en Los Ángeles (UCLA) ha realizado un importante avance hacia las baterías de iones de litio sin metales de alto voltaje que utilizan una pequeña molécula orgánica, el ácido cocónico. Este avance nos acerca a la realización de baterías de iones de litio sin metales, de alta energía y baratas.
Una ilustración del ácido crocónico y una imagen de una batería orgánica de iones de litio de alto voltaje y respetuosa con el medio ambiente.
Yuto Katsuyama et al.
A diferencia de las baterías de iones de litio convencionales, que dependen de materiales de tierras raras como el cobalto y el litio, las baterías orgánicas aprovechan elementos naturales abundantes como el carbono, el hidrógeno, el nitrógeno y el oxígeno. Además, las baterías orgánicas tienen mayor capacidad teórica que las convencionales de iones de litio porque su uso de materiales orgánicos las hace más ligeras. Sin embargo, la mayor parte de las baterías orgánicas que se conocen hasta ahora tienen un voltaje de trabajo relativamente bajo (1-3V). Aumentar el voltaje de las baterías orgánicas permitirá obtener baterías de mayor densidad energética.
Itaru Honma, profesor de química del Instituto de Investigación Multidisciplinar de Materiales Avanzados de la Universidad de Tohoku, Hiroaki Kobayashi, profesor adjunto de química de la Universidad de Tohoku, y Yuto Katsuyama, estudiante de posgrado de la UCLA, descubrieron que el ácido cócnico, cuando se utiliza como material de cátodo de una batería de iones de litio, mantiene una fuerte tensión de trabajo de unos 4 V.
El ácido cocónico tiene cinco átomos de carbono unidos entre sí en forma pentagonal, y cada uno de los carbonos está unido al oxígeno. Además, tiene una elevada capacidad teórica de 638,6 mAh/g, muy superior a la de los materiales catódicos de las baterías de iones de litio convencionales (LiCoO2 ~ 140 mAh/g). "Investigamos el comportamiento electroquímico del ácido crocónico en el rango de alto voltaje por encima de 3 V utilizando cálculos teóricos y experimentos electroquímicos", dijo Kobayashi. "Descubrimos que el ácido cocónico almacena iones de litio a unos 4 V, lo que da una densidad energética teórica muy alta de 1949 Wh/kg, que es mayor que la de la mayoría de las baterías de iones de litio inorgánicas y orgánicas".
Aunque en este estudio no se alcanzó la capacidad teórica, los investigadores son optimistas en cuanto a que puede mejorarse mediante el desarrollo de electrolitos estables a alto voltaje y modificaciones químicas del ácido crocónico. Dado que la mayoría de los electrolitos no pueden soportar un voltaje de trabajo tan fuerte como el del ácido crotónico, el desarrollo de nuevos electrolitos es vital. Además, las estructuras de las pequeñas moléculas orgánicas, incluido el ácido crotónico, pueden modificarse fácilmente. Una modificación estructural adecuada puede estabilizar la molécula, lo que permite una mayor capacidad y reversibilidad.
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