Una compañía con sede en Berkeley, California, está desarrollando unas baterías de bajo peso y alta energía capaces de utilizar el aire que las rodea como cátodo. PolyPlus se ha asociado con una compañía de manufactura para producir unas baterías de litio metal-aire de un solo uso para el gobierno, y espera que las baterías estén en el mercado dentro de unos años. La compañía también tiene en fase de desarrollo inicial unas baterías de litio metal-aire recargables que podrían proporcionar la energía suficiente a los vehículos eléctricos para que pudiesen recorrer mayores distancias entre recargas.

El interés en las baterías de litio metal-aire ha ido aumentando a lo largo de los últimos años, junto con la demanda de fuentes de energía más ligeras para dispositivos que van desde vehículos híbridos conectables hasta ordenadores portátiles. En las baterías de litio-ion, los electrodos están hechos de materiales como el grafito, mientras que en las de litio-metal, el ánodo está hecho enteramente de metal de litio, y el aire que lo rodea puede hacer de cátodo.

Las baterías de litio-metal se acercan a la densidad de energía de las células de combustible sin el tipo de instalación de tuberías que requieren este tipo de dispositivos; en teoría, la densidad de energía máxima es más de 5.000 vatios-hora por kilogramo, o más de 10 veces la densidad de las baterás de litio-ion actuales. Las baterías de litio metal-aire también son muy ligeras de peso puesto que no es necesario que lleven un segundo reactante. El metal de litio es “el santo grial de los materiales de baterías,” afirma Steven Visco, director técnico y fundador de PolyPlus.

IBM anunció recientemente que desarrollaría baterías de litio metal-aire para su uso en la red eléctrica y en el transporte. “El litio-ion es el estándar dorado, pero el litio-metal puede superarlo,” afirma Paul Beach, presidente de la compañía fabricante de baterías Quallion of Sylmar, en California.

No obstante, el uso del metal de litio de la batería como electrodo resulta problemático, principalmente debido a que el material reacciona rápidamente y de forma violenta en contacto con el agua. “Llevamos con las baterías de litio-aire en mente desde hace décadas, pero en el aire siempre hay trazos de agua,” afirma Visco. La exposición incluso al trazo más pequeño de agua hace que el material se degrade rápidamente.

PolyPlus ha solucionado este problema mediante el diseño de lo que ellos llaman un “electrodo de litio protegido.” El dispositivo consiste en una pieza de metal de litio rectangular y plana, revestida por ambos lados con un material de electrolito cerámico llamado lisicon. El electrolito sólido es impermeable al agua pero permite que los iones de litio pasen a través de él. Otra capa se encarga de evitar que el electrolito reaccione con el metal de litio. Finalmente, los bordes del dispositivo están sellados con una lámina de polímero de aluminio similar a la de las bolsas de patatas fritas. La lámina aporta un sellado anti-agua y también es flexible, con lo cual no provoca ningún tipo de presión cuando el electrodo se hace más pequeño con el uso de la batería.

Cuando el electrodo de litio-metal se coloca en agua, los iones de litio se filtran y reaccionan con el oxígeno disuelto en el agua o con el agua mismamente. Para fabricar una batería de litio metal-aire, se coloca en el dispositivo un electrodo de difusión de gas similar a los que se emplean en las baterías de zinc-metal-aire de los audífonos. Cuando la batería se enciende, el electrodo obtiene el oxígeno a través de la membrana para reaccionar con los iones de litio. Sin embargo, al contrario de lo que ocurre con las baterías de los audífonos, estos dispositivos no se auto-descargan con el paso del tiempo. “Puedes dejar la batería sobre la mesa y seguirá funcionando meses después, ya que la membrana la protege,” afirma Visco. Y puesto que están basadas en metal de litio de alta energía, estas baterías duran mucho más y tienen más potencia que las baterías de zinc-aire.

PolyPlus está poniendo a prueba unas baterías de litio metal-agua marina en colaboración con el Instituto de Investigación Monterey Bay Aquarium, para determinar si son capaces de soportar las condiciones de trabajo normales. Una de las preocupaciones es que los microorganismos del océano lleguen a desarrollarse en la superficie de la batería y dificulten su funcionamiento, aunque los tests preliminares han dado buenos resultados.

Las baterías de un solo uso fabricadas por la compañía emplean una pieza de metal de litio de 2,5 centímetros en cada lado y tienen una capacidad de almacenaje cercana a las de las baterías de litio-ion de los ordenadores portátiles actuales. La compañía se ha aliado con el fabricante de baterías Quallion para producir baterías basadas en el diseño de electrodos de PolyPlus y fabricarán las baterías bajo contrato para una agencia gubernamental cuyo nombre no ha sido facilitado. Quallion afirma que los electrodos de litio-metal se pueden procesar utilizando gran parte de la infraestructura actual que se utiliza en la fabricación de baterías de litio-ion. “Hay que tomar ciertas precauciones a la hora de tratar con este material, pero no tiene demasiadas complicaciones,” afirma Beach.

Las baterías de litio-metal tienen el potencial de ser “transformativas” para las aplicaciones bajo agua, afirma James Bellingham, el director tecnológico del Instituto de Investigación Monterey Bay Aquarium. La mayoría de las investigaciones oceánicas se llevan a cabo cerca de la costa porque, según Bellingham, “en el océano no hay enchufes” para recargar las embarcaciones repletas de sensores con las que se realizan las mediciones en el mar. Las baterías de alta energía y densidad podrían permitir mejoras en el tipo de mediciones que se llevan a cabo para evaluar los efectos del cambio climático en el planeta, afirma Belligham.