Los chalecos antibalas reciclados podrían multiplicar por 5 la autonomía de los coches eléctricos y alargar la vida útil de la batería hasta los 10 años

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REUTERS/Jason Reed.

  • La investigación de las baterías de litio-azufre avanza a pasos agigantados y promete mejorar la vida útil de las actuales.
  • La nueva tecnología permite multiplicar por 5 la densidad energética de las de iones de litio.
  • Investigadores de la Universidad de Michigan han anunciado la estabilidad de su prototipo gracias a una membrana de fibras hecha de kevlar, el material con el que se fabrican los chalecos antibalas.
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La baterías actuales, presentes en todo tipo de dispositivos que van desde los móviles hasta los vehículos eléctricos, funcionan a través de iones de litio y cuentan con materiales bastante contaminantes, como el propio litio o el cobalto.

A pesar de que la electrificación es un paso necesario para alcanzar los objetivos climáticos de mitad de siglo, su tecnología aún no es tan sostenible ni respetuosa con el medioambiente como se desearía.

Durante la fabricación de las baterías actuales se emiten grandes cantidades de carbono, más aún que en la fabricación de los coches de combustión, aunque es verdad que en el largo plazo los eléctricos son más ecológicos que los de gasolina o diésel.

Los fabricantes de automóviles han sido capaces de sacar coches con una autonomía respetable que ya alcanzan los 700km. Pero debido la escasez de materiales y la limitación tecnológica, no parece que éstas cifras vayan a subir mucho con las baterías de iones de litio.

Mejorar la tecnología detrás de las baterías, apoyándose en la eficiencia de nuevos materiales, es el trabajo de investigadores de todo el mundo. Tanto la sustitución del litio por el sodio, como el uso del primero junto al azufre, representan los caminos de investigación más comunes.

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Además de ser, en teoría materiales más baratos, ofrecerían mejor densidad energética y serían más verdes que las actuales baterías.

En verano de 2021, un grupo de investigación de la Universidad de Monash (Australia) conseguía estabilizar la reacción química entre litio-azufre (Li-S) añadiendo un poco de azúcar. Gracias a la glucosa, se lograba que la batería almacenara 5 veces más energía que las actuales.

El principal problema que presentan las baterías Li-S es la inestabilidad de la reacción. Se generaba un desgaste demasiado elevado que favorecía la aparición de dendritas en el ánodo de litio que, a su vez, producían cortocircuitos, contaminaban y hasta podían provocar incendios.

Ahora, científicos de la Universidad de Michigan (Estados Unidos) han conseguido un logro similar. Estabilizar la reacción química entre el ánodo de litio y el cátodo de azufre y obteniendo un resultado muy similar al de los investigadores australianos: quintuplicar la densidad energética de la batería.

Para estabilizar la reacción, los investigadores han usado una red de nanofibras de aramida, recicladas del kevlar, el tejido con el que se fabrican los chalecos antibalas, entre otras cosas, según han publicado en Nature Communications.

La membrana de aramida permite que los iones de litio fluyeran del litio al azufre y viceversa, evita que que se formen los polisulfuros, los cuales fluyen hacia el litio y reducen la capacidad de la batería. 

Además, han conseguido que esta batería aguante los más de 1.000 ciclos de carga necesarios para implementarla dentro de un coche eléctrico. Los investigadores de la Universidad de Michigan calculan que, de ser implementada en un coche eléctrico, supondría darle una vida útil de 10 años.

Diagrama de la batería que muestra cómo los iones de litio pueden regresar al electrodo de litio mientras que los polisulfuros de litio no pueden atravesar la membrana que separa los electrodos.
Diagrama de la batería que muestra cómo los iones de litio pueden regresar al electrodo de litio mientras que los polisulfuros de litio no pueden atravesar la membrana que separa los electrodos.

Ahmet Emre, Kotov Lab.

Aunque ya hay varias baterías Li-S que han logrado llegar a varios cientos de ciclos de carga, se ha hecho a expensas de otras características como la velocidad de carga, la densidad energética o la seguridad y la integridad de al batería, dice Nicholas Kotov profesor de ciencias químicas e ingeniería y director del proyecto.

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“La ingeniería biomimética de (nuestra) batería integró dos escalas: molecular y nanoescala. Por primera vez, integramos una selectividad iónica de las membranas celulares y la dureza del cartílago. Nuestro enfoque nos permitió abordar los desafíos generales de las baterías de litio-azufre”.

Kotov asegura que el prototipo es "casi perfecto" y que su capacidades y eficiencia actuales acarician el límite teórico de esta tecnología.

La baterías de litio-azufre presentan también una serie de ventajas respecto a las actuales, como una mayor tolerancia a temperaturas extremas —tanto frío como calor— y una velocidad de carga mayor.

De acuerdo con los científicos, los materiales necesarios para su fabricación son también más económicos que las de iones de litio. El azufre es más abundante que el cobalto y la membrana de aramida puede sacarse del reciclaje de chalecos antibalas antiguos.

La exitosa investigación, financiada por la Fundación Nacional de Ciencias y el departamento de Defensa de Estados Unidos, ha llevado al profesor Kotov a presentar una solicitud de patente para la membrana y ha anunciado su interés en fundar una empresa que la comercialice.

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