A día de hoy, el litio es el elemento más utilizado a nivel mundial para el desarrollo de baterías. Pero no es un recurso inagotable por lo que los expertos se afanan en buscar el que debería ser su sustituto en un futuro no muy lejano. La pregunta es: ¿cuál sería el elemento ideal para seguir alimentando las baterías cuándo se acabe el litio?
Las baterías de iones de litio son, en la actualidad, el sistema de almacenamiento de energía más utilizado a nivel global. Tienen muchas ventajas: son respetuosas con el medio ambiente, tienen una alta densidad de energía y son seguras. Pero también presentan inconvenientes, entre otros: que el litio es un recurso finito con una desigual distribución geográfica.
A día de hoy, el litio se utiliza para almacenar la energía que requieren dispositivos electrónicos, herramientas eléctricas, drones y vehículos eléctricos e híbridos… Pero el miedo a un desabastecimiento hace que cada vez sean más las investigaciones que avanzan en la búsqueda de una alternativa al litio.
¿Qué elementos podrían sustituir al litio?
Estos son, a día de hoy, los principales candidatos a sustituir al litio:
- Sodio y potasio. Ambos son iones alcalinos. Están en los primeros puestos de la lista ya que tienen propiedades análogas al litio; entre ellas, un elevado potencial reductor.
El principal de sus inconvenientes es su mayor peso atómico. Este podría limitad su capacidad y rendimiento durante el proceso de carga y descarga. - Magnesio. Este es un ión alcalinotérreo muy abundante en la corteza terrestre. Entre sus ventajas destaca que puede aportar una mayor seguridad y vida útil a las baterías, ya que previene el crecimiento de fibras de metal o dendritas (depósitos que afectan a la vida útil de las baterías y pueden ocasionar cortocircuitos).
En su contra: la escasez de electrolitos compatibles con el ánodo de magnesio metal. También la formación de una capa de desechos de la descomposición del electrolito en la superficie del ánodo metálico que impide su funcionamiento.
Las baterías de Cereals Torremorell almacenan el excedente de energía fotovoltaica. - Calcio. Las baterías de calcio ven su desarrollo obstaculizado por la incompatibilidad entre electrodos y electrolitos y por la generación de una lámina de residuos que bloquea la difusión de los iones calcio.
- Cinc. Otra alternativa son las baterías acuosas de iones de cinc. Tiene más detractores que defensores porque su capacidad de descarga es baja y su vida útil demasiado corta. Por tres razones: la formación de dendritas, la alta corrosión de este metal y el elevado carácter polarizante del ion.
- Aluminio. Los expertos aseguran que para que las baterías de iones de aluminio sean una alternativa real es necesario que se mejoren las propiedades electroquímicas de carga y descarga.
También son obstáculos importantes las reacciones secundarias entre el electrolito y el cátodo, la inestabilidad del voltaje durante los procesos de carga, el bajo voltaje de descarga y la deficiente estabilidad estructural de los materiales del cátodo.
Sodio, magnesio y multiión, las baterías del futuro
El repaso anterior deja claro cuáles son las tres elementos con más opciones de reemplazar al litio en un futuro cercano.
El sodio es el elemento alcalino más cercano al litio en la tabla periódica. Por tanto, tiene una naturaleza similar y un comportamiento parecido en el almacenamiento de energía electroquímica. También presenta otras ventajas como su alta abundancia, reducido coste y bajo impacto ambiental.
El magnesio presenta un bajo coste y es un material más seguro y respetuoso con el medio ambiente que el litio. Es por eso que la investigación en baterías de iones de magnesio está acaparando un gran interés en los últimos años. A pesar de ello, su aplicación práctica aún se enfrenta a grandes desafíos debido, principalmente, a la falta de materiales catódicos de voltaje suficientemente alto que puedan proporcionar una buena velocidad de inserción y extracción de los iones de magnesio.
La tercera opción son las baterías multiión. Presentan propiedades interfaciales por estudiar. Además, en este tipo de sistemas, los procesos de carga y descarga involucran el transporte de múltiples iones entre el electrolito y los electrodos. Esto hace que el comportamiento de estas baterías esté fuertemente influenciado por la formación y estabilidad de la capa superficial, que influye en la difusión de cada tipo de ion entre el electrolito y el electrodo.
Fuente: Theconversation.com
Los autores de este estudio son: Saúl Rubio González, estudiante del Departamento de Química Inorgánica e Ingeniería Química, Universidad de Córdoba; Gregorio F. Ortiz, Profesor Titular de Universidad, Química Inorgánica, Universidad de Córdoba; Catedrático de Química Inorgánica, Universidad de Córdoba; y Catedrático de Química Inorgánica, Universidad de Córdoba.
