Investigadores del Instituto de Tecnología de Massachussets (MIT) han diseñado un material para el diseño de baterías de coches eléctricos que incluye un cátodo basado en materiales orgánicos. Los investigadores demostraron que este material puede conducir la electricidad a velocidades similares a las baterías de cobalto y por costes de producción mucho menores. La nueva batería también tiene una capacidad de almacenamiento comparable y se puede cargar más rápido que las baterías de cobalto.
La mayoría de los turismos eléctricos funcionan con baterías de iones de litio. En la mayoría de las baterías de iones de litio, el cátodo contiene cobalto, un metal que ofrece una alta estabilidad y densidad de energía. Sin embargo, el cobalto es un metal escaso, su precio puede fluctuar drásticamente, y gran parte de los depósitos de cobalto del mundo se encuentran en países políticamente inestables. Además, su extracción genera residuos contaminantes.
Debido a los inconvenientes del cobalto, se ha realizado una gran cantidad de investigaciones para tratar de desarrollar materiales alternativos para baterías. Uno de esos materiales es el fosfato de hierro y litio (LFP), que algunos fabricantes de automóviles están comenzando a usar en vehículos eléctricos. Aunque sigue siendo útil en la práctica, el LFP tiene solo la mitad de la densidad energética de las baterías de cobalto y níquel.
Hasta ahora la mayoría de los materiales orgánicos no han podido igualar la conductividad, la capacidad de almacenamiento y la vida útil de las baterías de cobalto. Debido a su baja conductividad, estos materiales suelen necesitar ser mezclados con aglutinantes como los polímeros, que les ayudan a mantener una red conductora. Estos aglutinantes, que constituyen al menos el 50% del material total, reducen la capacidad de almacenamiento de la batería.
Nuevo material orgánico para baterías
Hace seis años, los investigadores del MIT comenzaron a trabajar en materiales porosos, y se dieron cuenta de que un material completamente orgánico que habían desarrollado parecía ser un conductor fuerte. Este material consiste en muchas capas de TAQ (bis-tetraaminobenzoquinona), una pequeña molécula orgánica que contiene tres anillos hexagonales fusionados. Estas capas pueden extenderse hacia afuera en todas las direcciones, formando una estructura similar al grafito. Dentro de las moléculas hay grupos químicos llamados quinonas, que son los depósitos de electrones y aminas, que ayudan al material a formar fuertes enlaces de hidrógeno.
Las pruebas de este material mostraron que su conductividad y capacidad de almacenamiento eran comparables a las de las baterías tradicionales. Además, las baterías con un cátodo TAQ pueden cargarse y descargarse más rápido que las baterías existentes, lo que podría acelerar la velocidad de carga de los vehículos eléctricos.
Para estabilizar el material orgánico y aumentar su capacidad para adherirse al colector de corriente de la batería, los investigadores agregaron materiales de relleno como celulosa y caucho. Estos rellenos constituyen menos de una décima parte del compuesto total del cátodo, por lo que no reducen significativamente la capacidad de almacenamiento de la batería. Además, estos rellenos prolongan la vida útil del cátodo de la batería al evitar que se agriete cuando los iones de litio fluyen hacia el cátodo a medida que se carga la batería.
Las materias primas necesarias para fabricar este tipo de cátodo son un precursor de quinona y un precursor de aminas, que ya están disponibles comercialmente y se producen en grandes cantidades como productos químicos básicos. Los investigadores estiman que el coste material de ensamblaje de estas baterías orgánicas podría ser entre un tercio y la mitad del coste de las baterías de cobalto.
El Instituto de Tecnología de Massachussets (MIT) ya ha licenciado la patente de esta tecnología, y está explorando un posible reemplazo del litio con sodio o magnesio, que son más baratos y más abundantes que el litio.