Los científicos han intentado durante años hacer de las baterías de litio-oxígeno una solución viable para el almacenamiento de energía, superando algunos de los retos que plantea el uso comercial de este tipo de baterías. Hasta ahora, los desafíos han sido mayores que la suma de las soluciones potenciales. En lo que podría ser un gran avance en este tipo de tecnología de baterías, los investigadores del Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea (KAIST) dicen que han desarrollado una nueva estrategia para abordar las limitaciones de la batería de litio-oxígeno mediante la estabilización de los electrocatalizadores a nivel atómico dentro de marcos metal-orgánicos (MOF).
Según el equipo de científicos dirigido por el profesor Jeung Ku Kang, “Esta nueva estrategia asegura un alto rendimiento para las baterías de litio-oxígeno, aclamada como una tecnología de almacenamiento de energía de última generación”.
Normalmente, las baterías de litio-oxígeno son conocidas por su densidad de energía mucho más alta que las baterías de iones de litio, mucho más populares, que se utilizan ampliamente en la electrónica, los vehículos eléctricos y el almacenamiento de energía.
Las baterías de litio-oxígeno son capaces de generar una densidad de energía hasta diez veces mayor -es decir, la cantidad de energía que contiene un sistema en comparación con su masa- que las baterías de iones de litio. Sin embargo, la química de una batería de litio-oxígeno corroe los componentes de la misma, degradando la batería y limitando su capacidad para recargarse y ser de uso comercial con una vida útil de ciclo tan pobre.
Los investigadores del KAIST han descubierto que las reacciones químicas pueden estabilizarse en los poros sub-nanométricos de las estructuras orgánicas metálicas (MOF), y su nueva estrategia mostró diez veces más mejoras en el ciclo de vida de las baterías de litio-oxígeno.
“La generación y estabilización simultánea de electrocatalizadores a nivel atómico dentro de los MOF puede diversificar los materiales según numerosas combinaciones de enlazadores metálicos y orgánicos. Puede ampliar no solo el desarrollo de electrocatalizadores, sino también varios campos de investigación como los fotocatalizadores, la medicina, el medio ambiente y la petroquímica”, dijo el profesor Kang en una declaración.
El estudio de los investigadores del KAIST es el último en el que los científicos están tratando de encontrar formas de hacer que las baterías de alta densidad energética y peso ligero de litio-oxígeno sean una solución factible para el almacenamiento de energía, abordando los problemas actuales de este tipo de batería.
Hace dos años, los químicos de la Universidad de Waterloo dijeron que habían resuelto el problema de la química celular en la que el superóxido y el peróxido de litio reaccionan con el cátodo de carbono y degradan la célula de la batería. Los investigadores sustituyeron el electrolito orgánico por una sal fundida inorgánica más estable, y el cátodo de carbono poroso por un catalizador bifuncional de óxido de metal.
“Al intercambiar el electrolito y el huésped del electrodo y al elevar la temperatura, mostramos que el sistema funciona notablemente bien”, dijo Linda Nazar, Presidenta de Investigación de Canadá en Materiales Energéticos de Estado Sólido y autora principal del proyecto.
“Este descubrimiento pone de relieve las inmensas oportunidades… para permitir nuevas tecnologías de baterías que pueden rivalizar potencialmente con las baterías de iones de litio y otras tecnologías de almacenamiento”, escribieron los investigadores del MIT en un comentario al trabajo de los científicos de la Universidad de Waterloo.
Sin embargo, la producción comercial de baterías de litio-oxígeno podría estar a más de una década de distancia, dijo Nazar a MIT Technology Review en 2018.
La Universidad de Kansas también está investigando las baterías de litio-oxígeno y cómo superar los desafíos de la comercialización.
“Si usas baterías de litio-oxígeno para un auto eléctrico, podrías conducir 500 millas, pero no puedes acelerar muy rápido. Conducir a pocos kilómetros por hora no es muy divertido”, dijo el año pasado Xianglin Li, profesor asistente de ingeniería mecánica que recibió en 2019 una beca para estudiar las baterías de litio-oxígeno en la Universidad de Kansas.
“Por lo que sé, casi todas las baterías de litio-oxígeno están todavía en fase de investigación y la tecnología no tiene todavía un mercado muy grande. El rendimiento, la estabilidad y la vida útil de las baterías de litio-oxígeno son ahora problemas para las baterías de litio-oxígeno. Pero en los años 70 y 80, las baterías de iones de litio tenían problemas similares”, dijo Li.
