Científicos saudíes desarrollan una batería de iones duales que sustituye los metales por amonio

Las baterías de iones de litio monopolizan el mercado, pero en realidad no convencen ni a la ciencia, ni a la industria, ni a los estamentos medioambientales.

Aunque ofrecen un gran rendimiento en diferentes ámbitos, por ejemplo el tecnológico, se quedan a medio camino en otros como el de los coches eléctricos. Y también cuentan con importantes carencias en lo que a sostenibilidad respecta.

«Ahora es posible desarrollar baterías de iones no metálicos de alta energía que puedan competir con las baterías de iones metálicos»

Por todo ello, son numerosos los estudios, investigaciones y programas de desarrollo que buscan alternativas viables a la de momento insustituible batería de iones de litio con electrodos metálicos y electrolito sólido.

La batería de amonio

El programa de investigación del que te hablamos en esta ocasión se está realizando en la Universidad de Ciencia y Tecnología Rey Abdullah (KAUST) de Arabia Saudí. Esta institución, fundada en 2009 y que cuenta con un presupuesto de 10.000 millones de dólares, se centra en soluciones relacionadas con el agua, la energía, la alimentación y el medio ambiente.

Husam Alshareef, el postdoctorado Zhiming Zhao y sus compañeros de trabajo se están encargando de desarrollar el proyecto de batería libre de metales, una de las ya clásicas aspiraciones de la comunidad científica y la industria.

Esto se debe a que iones metálicos utilizados en los electrolitos (litio, cobalto, manganeso, etc) provienen de recursos limitados y en declive, lo que amenaza la disponibilidad a largo plazo. Además, su toxicidad e inflamabilidad hacen de ellos potencialmente inseguros y dañinos para el medio ambiente.

Por ello, el equipo de Alshareef busca hacer viable la batería de amonio, que hasta ahora ha demostrado tener potencial por su ligereza, facilidad de sintetización y reciclaje.

Pero no todo son ventajas, ya que por otro lado los cationes de amonio tienden a reducirse a hidrógeno y amoníaco a un potencial de funcionamiento bajo, lo que impide que las baterías alcancen su máximo potencial. Además, se disuelven fácilmente en electrolitos, lo que dificulta su incorporación a los materiales de los electrodos.

Iones duales

El equipo de la KAUST afirma haber encontrado la solución a estos problemas a través de la combinación de un electrolito que contiene cationes de amonio con electrodos a base de carbono.

Según señala la publicación del trabajo de investigación, con los cationes de amonio los investigadores eligieron iones de hexafluorofosfato como portadores de carga negativa. De igual modo, explotaron la capacidad del grafito para acomodar de forma reversible estos aniones dentro de sus capas, creando así una batería de «iones duales».

En la batería, los cationes y aniones se insertan simultáneamente en su electrodo correspondiente durante los ciclos de carga y se liberan en el electrolito durante los ciclos de descarga.

«Diseñamos un electrolito que es a la vez antioxidante y antirreductor al seleccionar una serie de solventes resistentes al alto voltaje y también teniendo en cuenta su estabilidad de reducción», dice Zhao.

Según explica el propio Zhao, la estabilidad de la batería se consigue porque el solvente antioxidante solvata principalmente los aniones que participan en la reacción del cátodo, mientras que su contraparte antirreductora forma una esfera de solvatación alrededor de los cationes involucrados en la reacción del ánodo.

Esta batería ha alcanzado un voltaje récord de 2,75 voltios, lo que anima a Zhao a afirmar que «ahora es posible desarrollar baterías de iones no metálicos de alta energía que puedan competir con las baterías de iones metálicos».

Ahora, el objetivo es mejorar el rendimiento para hacer viable esta tecnología a gran escala. «Estamos explorando materiales de ánodo con mayor capacidad, lo cual es crucial para mejorar la densidad de energía», confirma Zhao.