José Ignacio Álvarez Galindo, Catedrático de Química Inorgánica. Facultad de Ciencias de la Universidad de Navarra

Un componente de nuestra vida actual

           
10/10/19 Publicado en Diario de Navarra

José Ignacio AlvarezResultaría imposible concebir nuestra vida actual sin baterías de litio-ion. Teléfonos móviles, ordenadores portátiles, tablets, aspiradoras sin cable, taladros, cámaras fotográficas, coches eléctricos, y un largo etcétera de dispositivos inalámbricos funcionan gracias a estas baterías recargables.

Surgieron como respuesta a la escasez de combustibles fósiles, derivados del petróleo, y teniendo en mente que estos sistemas debían actuar como suministradores portátiles de energía, siendo a la vez capaces de almacenar energía eléctrica aportada por una fuente externa. Las grandes compañías de equipos electrónicos siempre estuvieron interesadas en obtener dispositivos de suministro de energía recargables, cada vez más pequeños, seguros, baratos y poco o nada contaminantes.

Detrás del lanzamiento al mercado en 1991 de la primera batería de litio-ion, hay una interesante investigación química, ahora reconocida con el Premio Nobel, y que comenzó con las primitivas baterías de litio metálico. En ellas, el electrodo negativo lo constituye el litio metal, y el positivo lo conforma un material capaz de actuar como anfitrión durante la reacción de intercalación.Durante la utilización de la batería, el litio metal se oxida y el ion litio producido se desplaza a través del medio electrolítico hasta el electrodo positivo, donde la especie anfitrión se reduce y se inserta la especie huésped. Cuando la batería se agota y se procede a su recarga, el proceso redox implica que se oxida la especie anfitrión, se libera el ion litio y se reduce en el electrodo negativo depositándose como litio metal. Whittingham descubrió la utilidad del disulfuro de titanio como anfitrión, material novedoso para el diseño del cátodo, que tenía capacidad para albergar iones litio. Se trataba de una reacción topotáctica, con reversibilidad e importante voltaje. Goodenough mejoró la investigación sobre el material del cátodo, demostrando que los óxidos metálicos de algunos metales de transición, como el cobalto, generaban incluso mayores potenciales.

Sin embargo, la reactividad tan grande del litio metal daba problemas en la producción de estas baterías. Además, los iones litio,depositados sobre el ánodo durante la carga, podían crecer, a veces descontroladamente, y contactar con el otro electrodo, cortocircuitando la batería que llegaba a explotar.Yoshino mejoró el sistema cambiando el ánodo: en lugar del muy reactivo litio metal, utilizó un ánodo de carbono que también podía intercalar iones litio. Así, había diseñado la primera batería de litio-ion, en la que tanto ánodo como cátodo son dos compuestos de inserción. El ion litio se desinserta de un electrodo y se inserta en el opuesto, en función de las etapas de carga-descarga. Al no emplear directamente litio metal, la producción de estas baterías se simplifica y la seguridad en su uso se incrementa notablemente.

La Química sigue trabajando en este campo, en el que los premiados con el Nobel han sido pioneros. En la actualidad se buscan alternativas a los materiales de inserción, y se han desarrollado sistemas con espinelas LiMn2O4, dopados de este compuesto, nuevos materiales basados en carbón, aleaciones de litio, materiales poliméricos, óxidos y aleaciones de estaño, etc. También el medio electrolítico puede ser modificado. El impulso de los vehículos eléctricos obligará a esfuerzos en este campo, buscando baterías de mayores voltajes y potencias específicas, de menor peso y volumen y de mayor ciclabilidad, usando materiales más baratos, disponibles y no contaminantes.

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