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Hacia una batería de litio y aire

Las baterías recargables de ión litio (ión Li) son las baterías que se utilizan en los vehículos eléctricos actualmente, pero deben recargarse cada 150 km. Las baterías de Li y aire podrían cambiar esta situación, y se han realizado trabajos pioneros que destacan algunas consideraciones de diseño.
Hacia una batería de litio y aire
El uso de un ánodo de metal Li en lugar de grafito y del oxígeno (O2) del aire como cátodo promete aumentar en diez órdenes la densidad energética. No obstante, la reducción del O2 tras la reacción con los iones Li produce el depósito de un producto sólido en las porosidades del cátodo y su obstrucción. Unos científicos estudiaron esta situación con una estrategia radical sin precedentes.

El objetivo del proyecto financiado por la Unión Europea LABOHR (Lithium-air batteries with split oxygen harvesting and redox processes) fue investigar la operación de las baterías de Li y aire en configuración líquida de dos fases con una función dual para el electrolito: portador de cargas y transportador de O2.

Las baterías de metal y aire convencionales, así como las pilas de combustible, contienen puntos de contacto en tres fases en el cátodo. Los contactos aseguran el transporte de electrones, el transporte de hidrógeno y el ingreso de O2. No obstante, en el caso del Li y aire, esta configuración operativa cambia la porosidad y la hidrofobicidad del cátodo por la formación de productos de reducción en los puntos de contacto en tres fases.

El equipo de trabajo realizó investigaciones pioneras de una configuración de electrodos con un punto de contacto en dos fases (configuración líquida). El electrolito o portador de cargas se utiliza también como transportador de O2 para captar O2 del aire del ambiente con un dispositivo de captación de O2 externo.

El concepto de LABOHR emplea electrolitos de líquidos iónicos respetuosos con el medio ambiente y electrodos nanoestructurados que captan oxígeno seco (O2) del aire. Se prepararon y probaron materiales para el ánodo y el cátodo, desarrollaron el concepto de captación de O2 y prepararon e integraron numerosos líquidos iónicos así como electrolitos de polímero sólido en los sistemas de electrodos. A través de estudios fundamentales se determinaron los parámetros fisicoquímicos para el modelo de una batería completa de Li y aire.

A pesar de que no se prevé la implementación práctica de las baterías de Li y aire en los próximos diez o veinte años, los resultados de LABOHR contribuyen en buena medida al desarrollo de las mismas. Los estudios confirmaron la importancia asociada al uso de soluciones de electrolitos basadas en líquidos iónicos para solucionar los problemas de reactividad y volatilidad del disolvente, y destacaron los problemas observados con el funcionamiento de la batería de Li y aire en la configuración en tres fases. El concepto de oxidorreducción soluble «con doble efecto» también marca un nuevo camino posible hacia una batería de Li/O2 práctica. Mientras tanto, es probable que los estudios de los electrolitos y los materiales de electrodos encuentren aplicaciones a corto plazo en el campo de las baterías de ión Li.

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Palabras clave

Li y aire, ión Li, baterías recargables, vehículos eléctricos, captación de oxígeno, procesos de oxidorreducción
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