Las baterías del futuro: nuevos materiales para almacenar energía

Las energías limpias como la solar y la eólica tienen una disponibilidad discontinua: cuando se pone el sol o cuando no hay suficiente viento, no se produce energía. Así pues, uno de los grandes retos a resolver es cómo almacenar energía de estas fuentes para poder usarla cuando se producen valles de producción y picos de demanda. Existen iniciativas muy interesantes para almacenar las energías limpias, si bien las baterías tienen un papel fundamental para el camino hacia un mundo net zero, dado que el transporte y el acceso a energía en puntos remotos y aislados dependen de ellas.

Como dice el experto Gleb Yushin , los materiales que conforman una batería son los que determinan las características fundamentales de la misma y, por tanto, las características de un vehículo eléctrico: autonomía, aceleración, tiempos de recarga, seguridad y coste final.

Gleb Yushin formó parte de la treintena de expertos mundiales que participaron en nuestro último Future Trends Forum, Building a net zero world.

Es profesor de la Escuela de Ciencia e Ingeniería de los Materiales en Georgia Tech (el Instituto Tecnológico de Georgia) y cofundador de varias empresas, entre ellas Sila Nanotechnologies.

Por sus contribuciones a la ciencia de los materiales, el profesor Yushin ha recibido numerosos premios y reconocimientos. Además, es coautor de más de 30 patentes y solicitudes de patentes y de más de 100 publicaciones sobre aplicaciones relacionadas con los materiales electrónicos nanoestructurados. Su investigación actual se centra en nuevos materiales y dispositivos de almacenamiento de energía para aplicaciones electrónicas, de transporte y de red.

En su conferencia, Gleb nos cuenta, entre otras cosas, el presente y el futuro de las baterías:

A continuación, resumimos algunas de las ideas que expuso Gleb Yushin:

Las baterías de iones de litio (Li-ion)

Durante los últimos 30 años, las mejoras evolutivas en las tecnologías de las baterías de iones de litio (Li-ion) han aumentado las densidades energéticas tanto en volumen como en peso en más de 3 veces y han reducido el precio de las celdas hasta 50 veces. Como consecuencia, este tipo de baterías han reemplazado casi por completo a otras tecnologías de baterías recargables en la mayoría de las aplicaciones portátiles.

Pero las baterías Li-ion, tal y como se conocen, están llegando a su límite de precio y de densidad energética.

Para acelerar la transición a un mundo net zero, el coste de las baterías debería reducirse aún más. Rápida y drásticamente: de los 100-200 dólares el kWh actuales a menos de 50 dólares el kWh. Esto puede ser factible si los materiales de electrodos activos tradicionales se sustituyen por materiales activos de bajo coste, ampliamente disponibles y de gran capacidad.

Apunta el Dr. Yushin que las actuales baterías de Li-ion tienen no sólo la dependencia del litio, sino también del níquel y del cobalto, que son elementos escasos, muy concentrados geográficamente y además, muy contaminantes en sus procesos de obtención. 

Para las aplicaciones industriales, los métodos de síntesis deben ser además baratos a gran escala y basarse en el uso de materias primas de bajo coste y ampliamente disponibles. Por último, es importante que los nuevos materiales sigan siendo totalmente compatibles con las fábricas de baterías de Li-ion actualmente en funcionamiento, para permitir su comercialización con éxito.

El futuro: baterías con ánodos de silicio

En Sila Nanotechnologies están trabajando para crear baterías que cumplan con los retos anteriores: más potentes, más ligeras y de menor volumen, más baratas y menos dependentes de elementos escasos y cada vez más caros.

Y, a la vez, que puedan fabricarse a gran escala y en instalaciones existentes.

Es decir, aunando investigación científica puntera con la ingeniería necesaria para la fabricación.

¿Cómo se consigue esto? La principal diferencia con las baterías de Li-ion actuales está en los ánodos de silicio, pero también se investigan nuevos cátodos que permitan prescindir del cobalto y del níquel.

Una de las grandes ventajas de este tipo de soluciones es que la materia prima es abundante, barata y mucho menos contaminante que la actual.

Si tienes interés en conocer en profundidad cómo es esta nueva tecnología, puedes leer The Future of Energy Storage: Towards A Perfect Battery with Global Scale.

La buena noticia es que esta tecnología está ya disponible. Aunque quedan esfuerzos de investigación y de ingeniería para optimizar las baterías y llegar a los rendimientos y precios de venta deseados, el reciente anuncio de Mercedes-Benz de usar baterías de Sila, supone la confirmación de esta realidad.

Construyendo las baterías del futuro con energía limpia

Las nuevas fábricas de baterías, como la que está construyendo Sila, adquieren toda la energía necesaria para su funcionamiento de fuentes de energía limpia, cerrando un círculo muy interesante para llegar a las emisiones cero en 2050.

Además, con la nueva tecnología de ánodos de silicio, la producción de una fábrica puede incrementarse en un 25% sin necesidad de inversiones en equipamiento ni en recursos humanos.