Si algún día la energía renovable logra reemplazar a los combustibles fósiles, la fuente de energía portátil necesita ser más eficiente y barata.
Ahora que los aparatos electrónicos se vuelven más potentes y pequeños, las baterías luchan por mantener el ritmo. Esto se debe en gran medida al hecho de que cada vez resulta más difícil albergar más energía en baterías de ion de litio ligeras y al mismo tiempo que lograr hacerlas más económicas. Pocos comprenden estos problemas y las posibles soluciones mejor que Venkat Srinivasan, un científico líder especializado en baterías que dirige el Argonne Collaborative Center for Energy Storage Science, ACCESS (Centro Colaborativo de Argonne para la Ciencia del Almacenamiento de Energía).
«Multitud de empresas automovilísticas están fabricando vehículos eléctricos que superan los 300 km. Han disminuido los costes, pero el mayor problema que afrontan es que el coste de las baterías es aún demasiado alto», afirma Srinivasan. «Los vehículos eléctricos son más caros que los vehículos similares que funcionan con gasolina. Necesitamos encontrar la forma de disminuir el coste de las baterías».
Pero el problema no se limita a los vehículos, sino que también afecta a los hogares.
Si bien existen algunas zonas de la red eléctrica en las que las baterías de ion de litio pueden competir en precio, como en California donde su coste es menor que la construcción de líneas de transmisión caras y de larga distancia, estas baterías aún tienen un coste demasiado alto para un propietario de vivienda medio.
«Vamos a suponer que quiero instalar energía solar en el tejado de mi casa y baterías en el garaje. El coste de estas baterías debe ser bastante bajo para que sea rentable, a razón de 50 dólares por kilovatio-hora, o incluso 30 dólares por kilovatio-hora en estados que disponen de electricidad con un coste muy bajo», afirma Srinivasan. «El problema es que hoy en día las baterías cuestan unos 200 dólares por kilovatio-hora, por lo que los precios deberían ser cuatro o cinco veces más bajos ».
Los materiales importan
La solución es mejorar progresivamente las baterías de ion de litio encontrando la forma de almacenar más energía de manera asequible y, simultáneamente, innovar con nuevos materiales.
Un nuevo ámbito de estudio son los dispositivos en estado sólido en los que las baterías de electrolito líquido se están sustituyendo por sólidos.
En primer lugar, esos dispositivos son más seguros, comenta Srinivasan.
Mientras que las baterías de ion de litio con base líquida pueden incendiarse rápidamente si se sobrecalientan, las versiones en estado sólido más estables actualmente en investigación representan un regreso al pasado, aunque con un giro recargable.
"Hace veinte o treinta años, todos nosotros llevábamos relojes con baterías de metal de litio dentro. Nuestras linternas y nuestras cámaras funcionaban con baterías de metal de litio. Pero no eran recargables", afirma Srinivasan.
Intentar recargar estas baterías en estado sólido provoca que el litio forme dendritas (estructuras similares a agujas) que terminan cortocircuitando la batería, que puede calentarse y provocar un incendio. Para averiguar cómo resolver el problema, puede ayudar imaginarnos las dendritas como las raíces de un árbol.
"Puedes frenar el crecimiento de una raíz si pones una placa de acero pesado junto a ella y listo. Siempre podríamos encontrar materiales con gran fuerza mecánica para colocar en una batería y bloquear el crecimiento de dendritas. El problema siempre ha sido que la conductividad en el material empleado ha sido muy pobre", comenta Srinivasan.
Pero hace pocos años, los investigadores en Japón identificaron materiales de vidrio con base de sulfito que no solo eran suficientemente fuertes para combatir las dendritas, sino que también presentaban una alta conductividad. Estos podrían proporcionar una forma de resolver el problema y ayudar a desarrollar baterías recargables de litio en estado sólido.
"Hemos estado dando forma a sus propiedades mecánicas y electroquímicas para ver si somos capaces de obtener las densidades de potencia correctas", afirma Srinivasan. "También hemos elaborado un modelo económico para averiguar cuánto costarían las futuras baterías. Si somos capaces de crear una batería de metal de litio con un ánodo de litio y un cátodo de vidrio con base de sulfito (un material económico), podemos lograr un coste de 80 dólares por kilovatio/hora".
Se trata de un umbral fundamental: "Ese es el número que necesitamos para que los automóviles eléctricos se pongan a la par de los automóviles de gasolina", explica Srinivasan.
Abandonar del litio
Srinivasan y otros investigadores están buscando también otras posibilidades con enorme potencial.
"Estamos centrados en proyectos I+D a más largo plazo como baterías de ion de magnesio. El magnesio tiene una carga dos positiva, lo que significa que puede almacenar el doble de número de electrones que el litio. Eso supone una gran ventaja en términos de densidad de energía e incluso en términos de coste, al fin y al cabo. Pero ha sido difícil encontrar materiales que sean buenos conductores para estos iones", comenta.
"También se está considerando el oxígeno como material catódico, pero suele fracasar tras pocos ciclos de carga-descarga".
Igual de decisivas que son las baterías para la energía verde, la tecnología de baterías debe ser rentable para lograr el éxito. Y desde luego, esta tendencia ha tomado la dirección correcta. Pero todavía queda tiempo para que las baterías puedan competir plenamente con el combustible fósil en el almacenamiento de energía.
