Las baterías de iones de litio han permitido la revolución en microelectrónica y se han convertido en la opción predilecta de fuente de alimentación para dispositivos electrónicos portátiles. Su triunfo en el mercado se debe a las mayores densidades de energía que ofrecen en comparación con otros sistemas recargables.

Se podría argumentar que fue la creación del transistor a escala lo que impulsó la investigación para obtener mejores baterías recargables, o bien, podría haber sido solo por pura curiosidad científica; pero independientemente de las causas iniciales, hace unos 30 años, la compañía Sony comercializó la primera batería de iones de litio del mundo, un paso que trasformó nuestro presente y se proyecta como una alternativa viable para un mejor futuro.

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Revolución electrónica

Las baterías de las que dependemos para nuestros teléfonos móviles y computadoras se basan en una tecnología que tiene más de un cuarto de siglo. Las baterías recargables de iones de litio se introdujeron por primera vez en 1991, y su aparición anunció una revolución en la electrónica de consumo.

Aunque en los últimos 25 años la tecnología ha mejorado, para sustentar una economía libre de emisiones de carbono, se requerirá de baterías de mejor rendimiento.

A partir de ese momento, fue posible almacenar suficiente energía en un acumulador de pequeño volumen, un elemento que impulsó el diseño una gran variedad de dispositivos electrónicos portátiles, los cuales nos han aportado mucha más flexibilidad y comodidad en nuestras vidas y trabajos.

En los últimos años, las baterías de iones de litio también se han convertido en una solución básica en los esfuerzos por resolver los problemas relacionados del cambio climático y las energías renovables.

Cada vez más, las baterías de iones de litio se están utilizando para impulsar vehículos eléctricos y como componentes principales de dispositivos domésticos que almacenan energía generada a partir de fuentes renovables (solar, eólica, etc.), lo que ayuda a equilibrar una red eléctrica cada vez más diversa e inteligente.

En los últimos 25 años, la tecnología ha mejorado; los científicos han logrado que las baterías de iones de litio sean entre un 5 y un 10 por ciento más eficientes cada año, simplemente optimizando aún más la arquitectura existente.

Sin embargo, para llegar de donde estamos ahora a una economía verdaderamente libre de emisiones de carbono se requerirá baterías de mejor rendimiento que las que ofrece la tecnología de iones de litio de hoy (o incluso de mañana).

Por su contribución en la evolución de las baterías de iones de litio, la Real Academia Sueca de Ciencias otorgó el Premio Nobel de Química 2019 a tres pioneros de su desarrollo.
Tres pioneros de la creación de las baterías de iones de litio ganan el Premio Nobel de Química

En los vehículos eléctricos, por ejemplo, una consideración clave es que las baterías sean lo más pequeñas y livianas posible. Alcanzar ese objetivo requiere densidades de energía que sean mucho más altas que las observadas actualmente, que se consideran los límites prácticos para la tecnología actual de iones de litio.

Otra cuestión que frena la adopción de vehículos eléctricos es el costo, que actualmente todavía ronda entre 300 y 200 dólares por kilovatio, aunque se prevé que esa cifra baje a 100 $ / kWh para el año 2025 o incluso antes. Adicionalmente, el tiempo requerido para recargar una batería, que todavía está en el rango de unas pocas horas, también tendrá que disminuir.

Requisitos futuros

Si bien aún queda espacio para mejorar la tecnología de iones de litio existente, no parece ser suficiente para cumplir con los requisitos futuros. Por lo tanto, el proceso de innovación de baterías necesita un cambio radical: avances en la ciencia de los materiales, nuevas químicas de electrodos, arquitecturas que permitan densidades de energía mucho más altas y nuevos electrolitos que puedan ofrecer la alta conductividad necesaria, todo en una batería que sea segura, duradera, económica y de producción sostenible.

El litio no solo es el metal más ligero de la tabla periódica, sino también el más reactivo y el que más fácilmente se separa de sus electrones. Este metal se ha elegido como base para la elaboración de baterías recargables precisamente porque puede hacer el mayor trabajo con la menor masa y la menor cantidad de complicaciones químicas.

Las baterías de iones de litio se están utilizando componentes principales de dispositivos domésticos que almacenan energía generada a partir de fuentes renovables.

A pesar de que las baterías de iones de litio podrían ser claves en la lucha contra los efectos del cambio ambiental, su misma producción tiene un impacto en el ambiente. Un elemento clave en las baterías de iones de litio es el cobalto, a pesar del intento de los fabricantes de reducir la cantidad requerida. Más del 60 por ciento del cobalto mundial se produce en la República Democrática del Congo, donde se han planteado preocupaciones sobre el impacto social y ambiental de la extracción del metal.

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El litio del que están elaboradas las baterías proviene principalmente de tres grandes países productores: Australia, Argentina y Chile, junto con productores emergentes como Bolivia, Brasil, Canadá y Zimbabwe. Pero el consumo de agua y la poca disponibilidad de vital líquido en algunos países productores de litio son aspectos de gran preocupación.

A pesar de estas consideraciones, la comunidad científica sigue trabajando para desarrollar mejores baterías, un esfuerzo que se ha venido gestando desde hace décadas y que ha pasado de productos “semiarcaicos” a las modernas baterías que alimentan los dispositivos portátiles de todo el mundo, una evolución que definitivamente ha dado forma al estilo de vida moderno.

Gracias a los avances que han permitido esta evolución, es que la Real Academia Sueca de Ciencias otorgó el Premio Nobel de Química 2019 a tres pioneros del desarrollo de las baterías de iones de litio.

Referencias:

30 Years of Lithium-Ion Batteries. Advance Materials, 2018. https://doi.org/10.1002/adma.201800561

The origin, development, and future of the lithium-ion battery. Journal of Solid State Electrochemistry, 2018. https://doi.org/10.1007/s10008-012-1745-0

An Outlook on Lithium Ion Battery Technology. ACS Central Science, 2017. https://dx.doi.org/10.1021/acscentsci.7b00288

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