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sábado, 25 mayo 2024

Las baterías de litio son el presente ¿y el futuro?

Ciencia y tecnologíaLas baterías de litio son el presente ¿y el futuro?

Las baterías de litio se han convertido en una parte esencial de nuestra vida diaria, alimentando desde teléfonos móviles y portátiles hasta vehículos eléctricos y sistemas de almacenamiento de energía a gran escala. Esta popularidad de las baterías de litio se debe en gran parte a su densidad energética, que es la cantidad de energía que se puede almacenar en un determinado volumen. Esta característica permite que dispositivos como teléfonos móviles y portátiles sean compactos y ligeros, a la vez que almacenan suficiente energía para durar entre cargas. Además, las baterías de litio ofrecen una vida útil relativamente larga y son recargables, lo que las convierte en una opción económica a largo plazo, dado que los costos de producción han disminuido significativamente con el aumento de la producción en masa.

Sin embargo, no todo es positivo con las baterías de litio. Los riesgos de seguridad, como el peligro de incendio debido a su solución electrolítica inflamable, y los impactos ambientales de la minería de litio plantean serias preocupaciones. Estos problemas han llevado a los científicos a buscar alternativas más seguras y sostenibles.

La minería de litio no solo requiere una gran cantidad de recursos hídricos y energéticos, sino que también genera contaminación y utiliza equipos que suelen depender de combustibles fósiles. Además, los problemas de seguridad asociados con las baterías de litio, como los incendios causados por el sobrecalentamiento y la liberación de gases inflamables, son problemas significativos, especialmente en dispositivos que demandan mucha energía como los vehículos eléctricos y los sistemas de almacenamiento de energía a gran escala.

Ante estos desafíos, se están explorando varias alternativas que podrían proporcionar soluciones más sostenibles y seguras. Una de las más prometedoras es la batería de sodio-ion. A diferencia del litio, el sodio es más abundante y barato, y ofrece la posibilidad de trabajar con nuevos materiales que no son compatibles con el litio, lo que podría mejorar la seguridad y reducir los costos aún más.

Sin embargo, las baterías de sodio-ion actualmente enfrentan desafíos significativos, como una menor densidad energética y una vida útil más corta en comparación con las de litio-ion, lo que limita su aplicación en ciertos campos como los vehículos eléctricos. A pesar de estos problemas, el interés en la tecnología de sodio-ion está creciendo y continúa siendo un área activa de investigación.

Y luego está la geopolítica

Actualmente, la mayor parte de la producción mundial de litio se concentra en Australia, actualmente primer productor mundial de este material, seguido del denominado “Triángulo del Litio”, que abarca partes de Chile, Argentina y Bolivia en Hispanoamérica, además de contribuciones significativas de China. Esta concentración geográfica del suministro de litio plantea varios desafíos:

  1. Vulnerabilidad geopolítica: Los países que dependen del litio para sus tecnologías energéticas y de almacenamiento se encuentran a merced de las fluctuaciones políticas y económicas en unos pocos países productores.
  2. Fluctuaciones de precios: La dependencia de fuentes limitadas puede llevar a una volatilidad significativa en los precios del litio, afectando la estabilidad económica de las industrias que dependen de este mineral.

Para las grandes potencias tecnológicas, el desarrollo de baterías de sodio no es solo una cuestión de innovación tecnológica, sino también una estrategia crítica para la autonomía energética. La transición hacia el sodio podría alterar significativamente las dinámicas globales de poder y comercio, especialmente en sectores como la automoción eléctrica y el almacenamiento de energía renovable porque, aunque los teléfonos móviles son la aplicación más visible y que más cerca tenemos los ciudadanos, en realidad es en los coches eléctricos y en las megabaterías que almacenan energías renovables donde está el principal consumo de litio actualmente y donde más va a crecer en un futuro próximo.

¿Qué alternativas se están investigando?

En el panorama actual de la tecnología de almacenamiento de energía, la búsqueda de alternativas a las baterías de litio tradicionales es más intensa que nunca. Diversos equipos de investigación en todo el mundo están explorando nuevas químicas y tecnologías de baterías que no solo prometen mejorar el rendimiento y la seguridad, sino también reducir los impactos ambientales y la dependencia de materiales críticos escasos.

1. Baterías de sodio-ion

Como se mencionó anteriormente, las baterías de sodio-ion están emergiendo como una alternativa viable a las de litio-ion. Aunque actualmente tienen una densidad energética más baja, su atractivo reside en la abundancia y bajo costo del sodio (tan abundante como la sal marina). Los investigadores están trabajando en mejorar la capacidad y la eficiencia de estas baterías mediante el desarrollo de nuevos materiales para cátodos y electrolitos más estables y eficientes.

2. Baterías de estado sólido

Las baterías de estado sólido reemplazan los electrolitos líquidos de las baterías convencionales por sólidos. Estas baterías prometen ser más seguras, ya que los electrolitos sólidos no son inflamables y tienen un menor riesgo de fuga. Además, tienen el potencial de ofrecer una mayor densidad energética. Investigadores en instituciones como el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) y empresas como Toyota están avanzando en esta tecnología, buscando materiales sólidos que puedan conducir iones de manera efectiva a temperatura ambiente.

3. Baterías de flujo

Las baterías de flujo almacenan energía en soluciones electroquímicas líquidas en tanques externos, lo que es ideal para aplicaciones de almacenamiento de energía a gran escala. Son particularmente útiles para gestionar la carga en redes eléctricas, permitiendo almacenar energía durante períodos de baja demanda y liberarla cuando aumenta la demanda. La investigación se centra en encontrar electrolitos más eficientes y menos costosos y en mejorar la arquitectura de la célula para maximizar la eficiencia energética.

4. Baterías de aire-metal

Las baterías de aire-metal, especialmente las baterías de aire-litio y aire-zinc, tienen el potencial de ofrecer una densidad energética mucho más alta que las baterías de litio-ion. Estas baterías utilizan oxígeno del aire como reactivo, reduciendo el peso y aumentando la capacidad de la batería. Sin embargo, enfrentan desafíos significativos como la baja eficiencia de recarga y la degradación rápida. Los esfuerzos de investigación están dirigidos a desarrollar catalizadores más efectivos y tecnologías de membranas que aumenten la vida útil y la eficiencia.

5. Baterías de iones de magnesio

El magnesio ofrece ventajas sobre el litio porque tiene dos electrones por átomo en lugar de uno, lo que teóricamente permite almacenar más energía. Además, el magnesio es menos reactivo que el litio, lo que podría llevar a baterías más seguras. Los desafíos actuales incluyen encontrar combinaciones adecuadas de electrolitos y materiales para electrodos que permitan un flujo eficiente de iones de magnesio.

6. Supercondensadores

Aunque técnicamente no son baterías, los supercondensadores son dispositivos de almacenamiento de energía que pueden cargar y descargar energía mucho más rápidamente que las baterías tradicionales. La investigación se centra en mejorar la densidad energética de los supercondensadores para que puedan almacenar tanta energía como las baterías, abriendo la puerta a aplicaciones en vehículos eléctricos y dispositivos móviles.

¿Habrá cambios importantes en el corto y medio plazo?

La respuesta corta es no.

Desde el momento en en el que un investigador de una Universidad de esas con un nombre rarísimo descubre que en condiciones de laboratorio una determinada aleación de metales o una combinación de sales reúne propiedades que le permitirían sustituir a las baterías de litio-ion, hasta el momento en el que se inicia la producción industrial de ese tipo de baterías, trascurren entre 5 y 10 años. Aunque ahora mismo ya hubiese un prototipo en un laboratorio con un mayor rendimiento con baterías de mayor rendimiento, que no lo hay, todavía falta por diseñar todo el proceso industrial que permite implantar esas baterías en millones de coches o cientos de millones de teléfonos móviles.

También hay que tener en cuenta qué en el caso de que apareciese un nuevo tipo de baterías, la industria de las baterías de litio-ion no se va a quedar parada y seguiría perfeccionando las suyas y bajando los precios para hacerlas competitivas. Las baterías de cinco amperios que traen hoy la mayoría de los teléfonos móviles a la venta en España parecían ciencia ficción hace diez años y son realmente asequibles.

Todo eso hace pensar que el panorama va a seguir tal y como está ahora durante al menos los próximos cinco años, aún aceptando que hacer predicciones a cinco años en cuestiones tecnológicas es muy atrevido.

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