Una “coreografía atómica” para baterías más eficientes y sostenibles

Las baterías son un elemento fundamental de los dispositivos móviles y vehículos. Sin embargo, la tecnología actual no ha conseguido aún evitar su pérdida de eficiencia y el deterioro progresivo. Un trabajo del investigador japonés Atsuo Yamada, de la Universidad de Tokio, con la colaboración del Instituto de Química de la Materia Condensada de Burdeos y de Marine Reynaud y Montse Casas-Cabanas, de la entidad española CIC energiGUNEa, ha identificado una capacidad de determinados elementos que abre la puerta a baterías con más capacidad, más eficientes y con más resistencia a los ciclos de recarga. Es lo que Casas-Cabanas describe como “coreografía atómica”.

“La energía se almacena en forma de reacción química que genera repulsiones y desestabilizan los elementos. Según el material que se utilice en la batería, se producen más o menos cambios que la degradan”, explica la investigadora española. El trabajo del equipo internacional, publicado en Nature Communications ha identificado una combinación de materiales que tienen capacidad de ordenarse durante el proceso de carga y que permitirían el desarrollo de pilas más sostenibles y eficaces.

El material investigado es óxido de sodio y rutenio (Na₂RuO₃), que ha demostrado una mejor reversibilidad. Su estructura es laminar, es decir que los átomos se organizan en diferentes capas apiladas una encima de otra. “Es como una pared de ladrillos donde los elementos que componen la segunda fila están ligeramente desplazados para aumentar su resistencia”, simplifica Casas-Cabanas para explicar cómo se ordenan las partículas. Esta recomposición incluye “defectos planares”, por lo cual no es perfecta. Sin embargo, esta característica, en vez de ser un inconveniente, se ha desvelado como una ventaja para hacer las baterías más eficientes.

“Se trata de un nuevo mecanismo que implica una autoordenación de la estructura durante el proceso de carga de la batería, y que, además, es reversible, ya que al descargar se vuelve a la estructura desordenada de origen. Este desorden se suele considerar un defecto, pero puede ser una oportunidad”, afirma la investigadora, quien define el proceso como “coreografía atómica).

El centro de investigación vasco (CIC energiGUNE) ha desarrollado el programa informático Faults que ha permitido analizar y entender este mecanismo por primera vez. El resultado es una batería más estable que evita repulsiones y degradación, una puerta al desarrollo de pilas sostenibles y de mayor capacidad si se sigue investigando en elementos químicos que incluyan las mismas características.

Desafíos

“El reto es que las pilas con nuevos materiales funcionen como las de litio, sean más baratas y generen menor impacto. Además, se puede aplicar lo que ya hemos aprendido de las existentes”, afirma Casas-Cabanas.

Las baterías de sodio empezaron a investigarse en lo años setenta del pasado siglo, pero el desarrollo de las compuestas por litio relegó los avances. No obstante, algunas empresas han comenzado a desarrollar pilas con este elemento común, abundante y barato.

Es el caso de la británica Faradion, que comercializa baterías basadas en sodio para múltiples aparatos, incluidos los vehículos, y que aseguran que son más duraderas, seguras y baratas que las utilizadas comúnmente. O de la francesa Tiamat, que defiende que sus fuentes de energía compuestas de sodio soportan permiten recargas más rápidas y un mayor ciclo de usos.