Mejores baterías gracias a las algas

Las baterías de iones de litio podrían mejorar su capacidad de almacenar energía unas diez veces gracias al desarrollo de ánodos de silicio. Normalmente se utiliza el grafito para esta tarea,  ya que el silicio tiende a degradarse fuertemente luego de unos pocos ciclos de carga y descarga de la batería. Pero los investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia (Georgia Tech) y de la Universidad Clemson (Estados Unidos) han probado con éxito un ánodo de silicio al que se le adiciona un aglutinante y conservante de alimentos derivado de las algas. Gracias a las algas, podremos fabricar baterías de iones de litio más eficaces, ecológicas y  baratas.

El número de baterías fabricadas cada año no deja de crecer. Cada día se fabrican cientos de miles de dispositivos que requieren de uno de estos elementos para funcionar. La calidad y precio de la batería utilizada en un dispositivo es responsable de buena parte de su coste total y rendimiento, lo que estimula a los laboratorios de todo el mundo a buscar la forma de que las baterías sean cada vez más baratas y mejores. Las baterías de iones de litio, uno de los modelos más comunes, utilizan un ánodo de grafito que si bien funciona, no es demasiado eficaz en su tarea. El silicio es un material que permite construir ánodos más eficientes, pero lamentablemente se degradan luego unos pocos ciclos de carga y descarga. Los ingenieros estiman que un ánodo de este material permitiría la construcción de baterías capaces de almacenar más energía, a la vez que resultarían más amigables con el medio ambiente y más baratas.

Recordemos que las baterías de iones de litio tradicionales almacenan energía acumulando iones en el ánodo, y que durante el uso esos iones migran hacia el cátodo a través del electrolito. Los ánodos se fabrican mezclando grafito electroactivo en polvo con un polímero aglutinante denominado polifluoruro de vinilideno (PVDF, por polyvinylidene fluoride), disuelto en un compuesto denominado NMP. Esta mezcla se utiliza para recubrir la lámina metálica que se usa para recolectar la corriente eléctrica y se la deja secar. Pero los investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia (Georgia Tech), junto a sus colegas de la Universidad Clemson (Estados Unidos) han encontrado un nuevo compuesto capaz de hacer lo mismo pero con el silicio. Se trata de un aglutinante y conservante, derivado de las algas, frecuentemente utilizado en la elaboración de alimentos, llamado alginato. Gracias a este mejunje  se puede crear un ánodo se silicio resistente al uso, dando lugar a baterías capaces de almacenar más iones.

Los científicos saben que las partículas de silicio aumentan hasta cuatro veces su tamaño a medid a que se va cargando la batería. Ese efecto no deseado destruye la cobertura normal de PVDF y NMP. El alginato, en cambio, no se agrieta. Esta propiedad les ha permitido crear un ánodo de silicio estable que ha demostrado una  capacidad de carga hasta ocho veces mayor a la del mejor ánodos basado en grafito disponible. Y lo mejor de todo es que se trata de un compuesto “verde” (de hecho, es probable que lo comas todos los días) que proviene de algas pardas, incluyendo la variedad que forma bosques de algas laminares gigantes. Parece que algunos polímeros sintéticos, derivados de la celulosa de las plantas tienen estructuras lo suficientemente fuertes como para resistir dentro de una batería. Gleb Yushin, a cargo del equipo que realizó este trabajo, explica que “creímos que podría existir un polímero que pudiésemos utilizar porque las plantas acuáticas, especialmente las que viven en el mar, están inmersas en un electrolito” y por lo tanto habrían de una forma adecuada para sus propósitos. El alginato, que se obtiene hirviendo algas en agua carbonatada, funcionó perfectamente y como se puede disolver en agua elimina la necesidad de usar NMP, dando lugar a un proceso de fabricación más limpio. 

Los investigadores creen que podrían reemplazar los ánodos actuales simplemente sustituyendo el PVDF y  NMP por alginato y agua. Lamentablemente, aún no se puede explotar al 100% el potencial de los ánodos de silicio ya que no disponemos de una forma fiable de fabricar cátodos equivalentes. Pero a pesar de ello, Yushin cree que los ánodos de alginato-silicio permitirán aumentar la capacidad de las baterías de iones de litio hasta en un 40% por ciento, lo que no es poca cosa.