¿Y si un elemento común, en vez de escaso y caro, fuera un componente clave en las baterías de los coches eléctricos?
El hierro podría ser la clave de unas baterías de iones de litio más baratas y ecológicas
Una colaboración codirigida por un investigador químico de la Universidad Estatal de Oregón espera desencadenar una revolución ecológica de las baterías al demostrar que el hierro, en lugar del cobalto y el níquel, puede utilizarse como material catódico en las baterías de iones de litio.
Una colaboración codirigida por David Ji, investigador químico de la Universidad Estatal de Oregón, espera desencadenar una revolución ecológica de las baterías al demostrar que el hierro, en lugar del cobalto y el níquel, puede utilizarse como material catódico en las baterías de iones de litio.
Image provided by Xiulei "David" Ji, Oregon State University
Los hallazgos, publicados en Science Advances, son importantes por varias razones, señala Xiulei "David" Ji, de la Universidad Estatal de Oregón.
"Hemos transformado la reactividad del metal de hierro, la materia prima metálica más barata", afirma. "Nuestro electrodo puede ofrecer una densidad energética superior a la de los materiales catódicos más modernos de los vehículos eléctricos. Y como utilizamos hierro, cuyo coste puede ser inferior a un dólar por kilogramo -una pequeña fracción del níquel y el cobalto, indispensables en las actuales baterías de iones de litio de alta energía-, el coste de nuestras baterías es potencialmente mucho menor."
En la actualidad, el cátodo representa el 50% del coste de fabricación de una célula de batería de iones de litio, según Ji. Más allá del aspecto económico, los cátodos basados en hierro permitirían una mayor seguridad y sostenibilidad, añadió.
Como cada vez se fabrican más baterías de iones de litio para electrificar el sector del transporte, la demanda mundial de níquel y cobalto se ha disparado. Ji señala que, en cuestión de un par de décadas, la escasez prevista de níquel y cobalto frenará la producción de baterías tal y como se hace actualmente.
Además, la densidad energética de esos elementos ya se está ampliando hasta su límite máximo -si se forzara más, el oxígeno liberado durante la carga podría hacer que las baterías se incendiaran- y el cobalto es tóxico, lo que significa que puede contaminar ecosistemas y fuentes de agua si se filtra fuera de los vertederos.
Si juntamos todo esto, explica Ji, es fácil comprender la búsqueda mundial de nuevas químicas de baterías más sostenibles.
Una pila almacena energía en forma de energía química y, mediante reacciones, la convierte en la energía eléctrica necesaria para alimentar vehículos, teléfonos móviles, ordenadores portátiles y muchos otros aparatos y máquinas. Hay muchos tipos de pilas, pero la mayoría funcionan de la misma manera y contienen los mismos componentes básicos.
Una pila consta de dos electrodos -el ánodo y el cátodo, normalmente de materiales diferentes-, así como de un separador y un electrolito, un medio químico que permite el flujo de carga eléctrica. Durante la descarga de la batería, los electrones fluyen desde el ánodo hacia un circuito externo y luego se acumulan en el cátodo.
En una batería de iones de litio, como su nombre indica, la carga se transporta a través de iones de litio que se desplazan por el electrolito desde el ánodo hasta el cátodo durante la descarga, y viceversa durante la recarga.
"Nuestro cátodo basado en el hierro no se verá limitado por la escasez de recursos", afirma Ji, explicando que el hierro, además de ser el elemento más común en la Tierra medido en masa, es el cuarto más abundante en la corteza terrestre. "No nos quedaremos sin hierro hasta que el Sol se convierta en una gigante roja".
Ji y colaboradores de múltiples universidades y laboratorios nacionales aumentaron la reactividad del hierro en su cátodo diseñando un entorno químico basado en una mezcla de aniones flúor y fosfato, iones que tienen carga negativa.
La mezcla, bien homogeneizada como solución sólida, permite la conversión reversible -lo que significa que la batería puede recargarse- de una fina mezcla de polvo de hierro, fluoruro de litio y fosfato de litio en sales de hierro.
"Hemos demostrado que el diseño de materiales con aniones puede romper el techo de la densidad energética para conseguir baterías más sostenibles y menos costosas", afirma Ji. "No estamos utilizando una sal más cara junto con el hierro, sólo las que ha estado utilizando la industria de las baterías y luego polvo de hierro". Para poner este nuevo cátodo en aplicaciones, no hay que cambiar nada más: ni nuevos ánodos, ni nuevas líneas de producción, ni un nuevo diseño de la batería. Sólo estamos sustituyendo una cosa, el cátodo".
La eficiencia del almacenamiento aún debe mejorar, según Ji. Ahora mismo, no toda la electricidad que se introduce en la batería durante la carga está disponible para su uso tras la descarga. Cuando se hagan esas mejoras, y Ji espera que se hagan, el resultado será una batería que funcione mucho mejor que las que se usan actualmente, a la vez que cueste menos y sea más ecológica.
"Si se invierte en esta tecnología, no debería tardar mucho en comercializarse", afirma Ji. "Necesitamos que los visionarios de la industria destinen recursos a este campo emergente. El mundo puede tener una industria de cátodos basada en un metal casi gratuito en comparación con el cobalto y el níquel. Y mientras que hay que esforzarse mucho para reciclar el cobalto y el níquel, ni siquiera hay que reciclar el hierro: simplemente se convierte en óxido si se deja pasar".
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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