Hacia vehículos que funcionen con aire
El material activo del cátodo, el oxígeno, se obtiene de fuera de la batería, circunstancia que reduce enormemente el peso de ésta. Se obtiene así energía muy específica y un candidato prometedor para atender las necesidades de vehículos eléctricos para distancias mayores. No obstante, la tecnología relevante aún requiere mejoras importantes antes de poder ser comercializable. Un ciclado poco eficiente y huecos de tensión entre la carga y la descarga son algunos de los problemas principales. El proyecto financiado con fondos europeos «Unraveling the chemistry of the lithium-air battery by novel solid state NMR techniques» (LANMR) se puso en marcha para investigar materiales y reacciones electroquímicas con vistas a su optimización, en concreto los materiales que conforman los electrolitos y el cátodo. La oxidación del litio en el ánodo y la reducción del oxígeno procedente del aire ambiental en el cátodo generan un flujo de corriente. No obstante, la reacción reversible entre el litio y el oxígeno para formar peróxido de litio da lugar a especies superóxido intermedias muy reactivas, y el peróxido de litio en sí es altamente oxidante. Todas esas especies reactivas inician reacciones secundarias que reducen la eficacia del sistema, de manera que la densidad energética no alcanza en la práctica los valores teóricos previstos. Científicos del proyecto LANMR desarrollaron una metodología basada en resonancia magnética nuclear de estado sólido (ssRMN) que hace gala de una excelente especificidad química. Con ella demostraron que la eficiencia de ciclado y el número de ciclos de duración de los sistemas de baterías aire-litio dependen de manera crucial de la estabilidad de los electrolitos y los electrodos. Aun con electrolitos relativamente estables, la formación de pequeñas cantidades de subproductos eleva un parámetro intrínsecamente relacionado con la eficiencia de la celda (el sobrepotencial de carga). Eso aumenta a su vez aún más las reacciones secundarias y la acumulación de sus productos reduce la estabilidad del electrodo de carbono. Estudios al respecto sugieren que la adición de especies catalíticas para prevenir la acumulación de carga debe realizarse con cautela para no aumentar reacciones no deseadas. A diferencia de otras herramientas, la metodología basada en ssRMN utilizada en el proyecto permitió a los investigadores obtener una imagen clara de los factores que afectan a la eficiencia. El equipo ha demostrado que la ssRMN es una herramienta analítica potente y flexible para el estudio de las reacciones electroquímicas en celdas para baterías. Se espera que esta aproximación sea clave para el desarrollo de la batería aire-litio definitiva para su comercialización. Con ella llegará la adopción generalizada de los vehículos eléctricos como sistema de transporte por carretera ecológico con un impacto mínimo en el clima planetario.
Palabras clave
Vehículos eléctricos, aire-litio, baterías, densidad energética, estado sólido, peróxido de litio, especies superóxido
