Recargables y ligeras, han revolucionado nuestra forma de comunicarnos, movernos y trabajar. Hablamos de como nacieron y funcionan las baterías de litio.
Las baterías de litio han revolucionado la forma en que nos comunicamos, nos movemos, trabajamos y almacenamos energía desde principios de los noventa.
Teléfonos inteligentes, ordenadores portátiles o vehículos eléctricos se desarrollan gracias a ella. Cada uno de ellos han cambiado nuestros hábitos: Whittingham desarrolló las primeras baterías de litio, Goodenough y Yoshino ayudaron con su trabajo a aumentar su potencia y seguridad, transformando un prototipo inicial en un producto comercial que se ha generalizado. Pero, ¿qué son las baterías de litio, cómo funcionan y por qué fue tan importante su desarrollo?
Baterías de litio.
El verdadero protagonista es el litio, un metal, el elemento sólido más ligero. El litio puro es bastante inestable, pero el litio en forma de ion (cargado positivamente, debido a la pérdida de un electrón) es más común. Y es esta partícula cargada positivamente la base de las baterías, dispositivos densos en energía que pueden recargarse muchas veces sin perder eficacia.
Una revolución para almacenar energía eléctrica y usarla cuando se necesita (la esencia de las baterías en sí mismas), que es posible gracias a la capacidad de los iones de litio de moverse entre los electrodos de la batería sin que las reacciones químicas los modifiquen. Gracias a su capacidad de intercalarse, de alojarse, dentro de los materiales usados en los propios electrodos. Una conquista que se produjo, paso a paso.
La batería de litio es un dispositivo capaz de almacenar y liberar energía eléctrica mediante el flujo de electrones entre dos electrodos. Este flujo de electrones va del electrodo negativo (ánodo) al positivo (cátodo), y se restablece cuando las pilas se recargan (permitiendo que el ciclo comience de nuevo). Esta animación de la Nasa para explicar el funcionamiento de un avión eléctrico da una buena idea.
El litio.
La historia del litio comenzó en los años 70, en plena crisis del petróleo y en busca de modelos energéticos alternativos, Stanley Whittingham fue reclutado para trabajar en este campo para Exxon. Fue la capacidad del litio de ceder electrones con tanta facilidad lo que atrajo la atención del investigador británico, que trabajaba para encontrar soluciones al problema del almacenamiento de energía en las baterías recargables.
Whittingham pensó en usar el metal de litio como ánodo de una pila, es decir, como electrodo negativo desde el que se desplazan los electrones. Como cátodo de la batería (el electrodo positivo) el investigador usó un material hecho de disulfuro de titanio, una sustancia que puede alojar iones de litio. La batería desarrollada por Whittingham funcionaba así, como se muestra en la imagen: los iones de litio (así como los electrones) se movían del ánodo al cátodo con disulfuro de titanio, y desde allí se traían de vuelta cuando se recargaba la batería.
Baterías de litio, del prototipo al producto comercial.
Pero la batería de Whittingham carecía de sentido práctico: el litio metálico usado en el ánodo era demasiado explosivo. Se añadió aluminio y se modificó el electrolito, pero la caída de los precios del crudo hizo que el interés de Exxon por la investigación desapareciera, por lo que el trabajo de Whittingham se interrumpió.
Sólo con la llegada de Goodenough, las baterías de litio empezaron a recuperar el interés y a convertirse en lo que son hoy. De hecho, en los años ochenta Goodenough se dio cuenta de que cambiar la composición del cátodo podía aumentar la potencia de las baterías: sustituyendo el disulfuro de titanio por óxido de cobalto, el investigador de Oxford consiguió desarrollar una batería de 4 voltios, el doble que la de Whittingham.
Habría sido la necesidad de baterías ligeras y potentes llegadas del Lejano Oriente la que habría dado un impulso decisivo a la investigación sobre las baterías de iones de litio.
Curiosamente, era de la propia industria petrolera. Akira Yoshino, tercer premio Nobel de Química, pensó en usar el coque de petróleo (un subproducto) para la fabricación del material del ánodo que alojara los iones de litio, de forma similar a lo que hacía el óxido de cobalto en el cátodo.
El resultado fue un producto estable, ligero y seguro, listo a mediados de los años 80 para convertirse en un producto comercial. El resto de la historia la estamos viviendo día a día.
Jesus MS dice
Yo no tuve una batería de litio en las manos hasta el año 2002 con una cámara Sony de 2mpx. Antes no sabía nada de estas baterías. Me parecía sorprendente la autonomía que ofrecían estas batería respecto a las recargables de metalhidruro. Eso si ésta batería costaba la cuarta parte del costo de la camara.