Batería sin cobalto para una energía más limpia y ecológica
Un sustituto del cobalto en las pilas evita su impacto ambiental y social
Las pilas recargables de alta capacidad y fiabilidad son un componente esencial de muchos dispositivos e incluso medios de transporte. Desempeñan un papel clave en el cambio hacia un mundo más ecológico. En su fabricación se utiliza una gran variedad de elementos, entre ellos el cobalto, cuya producción contribuye a algunos problemas medioambientales, económicos y sociales. Por primera vez, un equipo en el que participan investigadores de la Universidad de Tokio presenta una alternativa viable al cobalto que, en algunos aspectos, puede superar a la química de baterías más moderna. También sobrevive a un gran número de ciclos de recarga, y la teoría subyacente puede aplicarse a otros problemas.
Lo más probable es que esté leyendo este artículo en un ordenador portátil o un smartphone, y si no es así, probablemente posea al menos uno de ellos. En el interior de ambos dispositivos, y de muchos otros, encontrará una batería de iones de litio (LIB). Desde hace décadas, las baterías de iones de litio son la forma habitual de alimentar aparatos y máquinas electrónicos portátiles o móviles. A medida que el mundo abandona los combustibles fósiles, se consideran un paso importante para su uso en coches eléctricos y baterías domésticas para quienes tienen paneles solares. Pero al igual que las baterías tienen un extremo positivo y otro negativo, las LIB tienen puntos negativos frente a los positivos.
Por un lado, aunque son una de las fuentes de energía portátiles más densas que existen, mucha gente desearía que las LIB pudieran producir una mayor densidad energética para que duraran más o alimentaran máquinas aún más exigentes. Además, pueden sobrevivir a un gran número de ciclos de recarga, pero también se degradan con el tiempo; sería mejor para todos que las baterías pudieran sobrevivir a más ciclos de recarga y mantener sus capacidades durante más tiempo. Pero quizá el problema más alarmante de las actuales LIB radique en uno de los elementos utilizados para su construcción.
El cobalto se utiliza ampliamente para una parte clave de las LIB, los electrodos. Todas las baterías funcionan de forma similar: Dos electrodos, uno positivo y otro negativo, promueven el flujo de iones de litio entre ellos en lo que se denomina electrolito cuando se conectan a un circuito externo. El cobalto, sin embargo, es un elemento raro; tan raro, de hecho, que sólo hay una fuente principal de él en la actualidad: una serie de minas situadas en la República Democrática del Congo. A lo largo de los años se ha informado de muchos problemas relacionados con las consecuencias medioambientales de estas minas, así como de las condiciones laborales en ellas, incluido el uso de mano de obra infantil. También desde el punto de vista del suministro, la fuente de cobalto es un problema debido a la inestabilidad política y económica de la región.
"Hay muchas razones por las que queremos dejar de utilizar cobalto para mejorar las baterías de iones de litio", afirma el profesor Atsuo Yamada, del Departamento de Ingeniería de Sistemas Químicos. "Para nosotros el reto es técnico, pero sus repercusiones podrían ser medioambientales, económicas, sociales y tecnológicas. Nos complace informar de una nueva alternativa al cobalto mediante el uso de una novedosa combinación de elementos en los electrodos, entre ellos litio, níquel, manganeso, silicio y oxígeno, todos ellos elementos mucho más comunes y menos problemáticos de producir y trabajar."
Los nuevos electrodos y electrolitos creados por Yamada y su equipo no sólo carecen de cobalto, sino que mejoran en algunos aspectos la química actual de las baterías. La densidad energética de las nuevas LIB es un 60% mayor, lo que podría prolongar su vida útil, y pueden suministrar 4,4 voltios, frente a los 3,2-3,7 voltios de las LIB típicas. Pero uno de los logros tecnológicos más sorprendentes fue la mejora de las características de recarga. Las baterías de prueba con la nueva química fueron capaces de cargarse y descargarse completamente durante 1.000 ciclos (simulando tres años de uso y carga a pleno rendimiento), y sólo perdieron en torno al 20% de su capacidad de almacenamiento.
"Estamos encantados con los resultados, pero llegar hasta aquí no ha estado exento de dificultades. Fue una lucha intentar suprimir varias reacciones indeseables que tenían lugar en las primeras versiones de nuestras nuevas químicas de baterías y que podrían haber reducido drásticamente la longevidad de las baterías", dijo Yamada. "Y aún nos queda camino por recorrer, ya que hay reacciones menores persistentes que mitigar para mejorar aún más la seguridad y la longevidad. De momento, confiamos en que esta investigación conduzca a baterías mejoradas para muchas aplicaciones, pero algunas, en las que se requiere una durabilidad y una vida útil extremas, podrían no estar satisfechas todavía."
Aunque Yamada y su equipo estaban explorando aplicaciones en las LIB, los conceptos que subyacen a su reciente desarrollo pueden aplicarse a otros procesos y dispositivos electroquímicos, incluidos otros tipos de baterías, la división del agua (para producir hidrógeno y oxígeno), la fundición de minerales, el electrorecubrimiento y otros.
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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