Una ¡°coreograf¨ªa at¨®mica¡± para bater¨ªas m¨¢s eficientes y sostenibles

Las bater¨ªas son un elemento fundamental de los dispositivos m¨®viles y veh¨ªculos. Sin embargo, la tecnolog¨ªa actual no ha conseguido a¨²n evitar su p¨¦rdida de eficiencia y el deterioro progresivo. Un trabajo del investigador japon¨¦s Atsuo Yamada, de la Universidad de Tokio, con la colaboraci¨®n del Instituto de Qu¨ªmica de la Materia Condensada de Burdeos y de Marine Reynaud y Montse Casas-Cabanas, de la entidad espa?ola CIC energiGUNEa, ha identificado una capacidad de determinados elementos que abre la puerta a bater¨ªas con m¨¢s capacidad, m¨¢s eficientes y con m¨¢s resistencia a los ciclos de recarga. Es lo que Casas-Cabanas describe como ¡°coreograf¨ªa at¨®mica¡±.

¡°La energ¨ªa se almacena en forma de reacci¨®n qu¨ªmica que genera repulsiones y desestabilizan los elementos. Seg¨²n el material que se utilice en la bater¨ªa, se producen m¨¢s o menos cambios que la degradan¡±, explica la investigadora espa?ola. El trabajo del equipo internacional, publicado en Nature Communications ha identificado una combinaci¨®n de materiales que tienen capacidad de ordenarse durante el proceso de carga y que permitir¨ªan el desarrollo de pilas m¨¢s sostenibles y eficaces.

El material investigado es ¨®xido de sodio y rutenio (Na₂RuO₃), que ha demostrado una mejor reversibilidad. Su estructura es laminar, es decir que los ¨¢tomos se organizan en diferentes capas apiladas una encima de otra. ¡°Es como una pared de ladrillos donde los elementos que componen la segunda fila est¨¢n ligeramente desplazados para aumentar su resistencia¡±, simplifica Casas-Cabanas para explicar c¨®mo se ordenan las part¨ªculas. Esta recomposici¨®n incluye ¡°defectos planares¡±, por lo cual no es perfecta. Sin embargo, esta caracter¨ªstica, en vez de ser un inconveniente, se ha desvelado como una ventaja para hacer las bater¨ªas m¨¢s eficientes.

¡°Se trata de un nuevo mecanismo que implica una autoordenaci¨®n de la estructura durante el proceso de carga de la bater¨ªa, y que, adem¨¢s, es reversible, ya que al descargar se vuelve a la estructura desordenada de origen. Este desorden se suele considerar un defecto, pero puede ser una oportunidad¡±, afirma la investigadora, quien define el proceso como ¡°coreograf¨ªa at¨®mica).

El centro de investigaci¨®n vasco (CIC energiGUNE) ha desarrollado el programa inform¨¢tico Faults que ha permitido analizar y entender este mecanismo por primera vez. El resultado es una bater¨ªa m¨¢s estable que evita repulsiones y degradaci¨®n, una puerta al desarrollo de pilas sostenibles y de mayor capacidad si se sigue investigando en elementos qu¨ªmicos que incluyan las mismas caracter¨ªsticas.

Desaf¨ªos

¡°El reto es que las pilas con nuevos materiales funcionen como las de litio, sean m¨¢s baratas y generen menor impacto. Adem¨¢s, se puede aplicar lo que ya hemos aprendido de las existentes¡±, afirma Casas-Cabanas.

Las bater¨ªas de sodio empezaron a investigarse en lo a?os setenta del pasado siglo, pero el desarrollo de las compuestas por litio releg¨® los avances. No obstante, algunas empresas han comenzado a desarrollar pilas con este elemento com¨²n, abundante y barato.

Es el caso de la brit¨¢nica Faradion, que comercializa bater¨ªas basadas en sodio para m¨²ltiples aparatos, incluidos los veh¨ªculos, y que aseguran que son m¨¢s duraderas, seguras y baratas que las utilizadas com¨²nmente. O de la francesa Tiamat, que defiende que sus fuentes de energ¨ªa compuestas de sodio soportan permiten recargas m¨¢s r¨¢pidas y un mayor ciclo de usos.