Grandes laboratorios internacionales como el del Instituto Tecnológico de Massachussets (MIT) avanzan a toda velocidad en sus investigaciones sobre baterías con el objetivo de reemplazar para siempre sus materiales más escasos y contaminantes por otros mucho más abundantes y biodegradables.
Las cartas están sobre la mesa y ha sonado el pistoletazo de salida. El cobalto, el níquel, el manganeso y el litio son los objetivos a batir para los científicos que están desarrollando las baterías del futuro. Y los expertos creen que podemos, y hasta deberíamos, prescindir de ellos.
Según las estadísticas de World Mining Data, la República del Congo controla alrededor 70% de la producción mundial de cobalto, mientras que Indonesia, Chile y Rusia controlan algo más de la mitad de la producción de níquel, y Australia y Chile dominan casi el 75% de la minería de litio.
Por su parte, el suministro internacional de manganeso depende de Sudáfrica y Gabón, y un estudio reciente de investigadores de la Universidad Carnegie Mellon liderado por Anthony L. Cheng ha acreditado que China puede interferir fácilmente en la distribución de muchos de los minerales de las baterías más utilizadas.
Como se ve, no solo es que el níquel, el cobalto, el litio y el manganeso sean más contaminantes y más difíciles de reciclar que los materiales orgánicos que podrían contener las pilas del futuro, es que sus precios y el suministro, precisamente porque su producción y distribución están muy concentradas en pocas manos y son más escasos, también son más volátiles cuando la demanda se multiplica.
Y justo eso es lo que el año pasado hizo daño a los balances de los gigantes de la automoción, que aumentaron las compras de baterías un 65% en 2022 y un 40% en 2023, y se encontraron en verano con una crisis de abastecimiento. Ahora, aunque las baterías más utilizadas siguen siendo las de níquel, manganeso y cobalto, la necesidad de diversificar se ha vuelto tan abrumadora que los fabricantes han empezado a incorporar en sus vehículos otras como las de litio y ferrofosfato, que proporcionan alrededor de la mitad de capacidad de almacenamiento de energía en el mismo espacio.
Álvaro Luna, profesor del Departamento de Ingeniería Eléctrica y de la Escuela Superior de Ingenierías Industrial, Aeroespacial y Audiovisual de Terrassa (ESEIAAT) de la Universidad Politécnica de Cataluña, explica que “los laboratorios están intentando ofrecer alternativas a los materiales de las baterías que son más problemáticos desde el punto de vista de la geopolítica, el suministro y el impacto medioambiental”. Y, más concretamente, apunta, “quieren reemplazar el cobalto, el níquel o el litio por materiales orgánicos como el carbono o el sodio”. Pero no lo tienen nada fácil.
Según el experto de la Universidad Politécnica de Cataluña, “las baterías actuales, basadas sobre todo en litio, dan muy buenos resultados tanto en los ciclos de carga como en la densidad y potencia de energía”. Los ciclos de carga son las veces que pueden cargarse y descargarse sin sufrir un desgaste a largo plazo, y la densidad y potencia de energía se refieren a la capacidad de las baterías tanto para almacenar energía en un espacio muy reducido como para evacuarla rápidamente durante el arranque, la marcha o la aceleración del vehículo eléctrico.
Sin embargo, los materiales orgánicos parecen muy prometedores. Y no solo por motivos medioambientales, geopolíticos y de suministro. Como recuerda Antonio García, investigador del Clean Mobility & Thermofluids de la Universidad Politécnica de Valencia, “los materiales orgánicos pueden presentar una mayor estabilidad térmica y menores riesgos de sobrecalentamiento, lo que puede reducir la posibilidad de incendios o explosiones”. Además, sigue, “son menos tóxicos, lo que mejora la seguridad durante la fabricación, uso y eliminación”.
El experto de la Universidad Politécnica de Valencia recuerda, además, que la carrera ya ha empezado. Así, matiza, “algunas investigaciones presentadas por la Universidad de Yamagata han identificado hasta 460 nuevos compuestos orgánicos con una capacidad teórica de alcanzar densidades energéticas similares a las de los materiales utilizados comúnmente, mientras que investigadores del Oak Ridge National Laboratory han realizado una amplia revisión de materiales que podrían ser compatibles dentro de una batería de iones de litio”.
Álvaro Luna, profesor de la Universidad Politécnica de Cataluña, añade también a la lista los avances en pilas de carbono de la empresa Power Japan Plus o los primeros resultados de una investigación que está realizando el MIT para Lamborghini. En este último caso, han avanzado con una batería que, aunque seguiría basándose en litio, incluiría un cátodo de materiales orgánicos en vez de cobalto o níquel. El cátodo es el electrodo que lleva la carga negativa de la batería (el que lleva la carga positiva se llama ánodo).
Según los investigadores del MIT, el material orgánico permitiría abaratar las pilas de cobalto de los coches eléctricos y conducir la electricidad a velocidades similares. La nueva batería, afirman, también posee una capacidad de almacenamiento comparable y se puede cargar más rápido.
El experto de la Universidad Politécnica de Cataluña reconoce que “son prometedoras las investigaciones internacionales que se están realizando tanto al nivel de los electrodos, que llevan la carga positiva y negativa, como al nivel de los electrolitos”, que son la solución —de litio, hasta ahora— donde nadan los iones de energía eléctrica. Adicionalmente, matiza, “todas estas investigaciones podrían converger y ofrecernos, dentro de unos años, unas baterías fundamentalmente orgánicas para los vehículos eléctricos”.
Por su parte, Antonio García, investigador del Clean Mobility & Thermofluids de la Universidad Politécnica de Valencia, recuerda que “los métodos de síntesis de los materiales orgánicos aún se encuentran en etapas tempranas, por lo cual se requiere una gran inversión para su desarrollo”.
Además, sigue, “a pesar de las ventajas, es importante tener en cuenta que las baterías con cátodos orgánicos [como las que está desarrollando el MIT] también enfrentan desafíos, como la estabilidad a largo plazo, la solubilidad en los electrolitos y la conductividad eléctrica. A medida que la investigación y el desarrollo avanzan, estos desafíos pueden abordarse para hacer que las baterías de iones de litio con cátodos orgánicos sean una alternativa viable y competitiva”.
Sea como sea, lo que está claro es que los principales laboratorios del mundo, financiados a veces por los gigantes de la automoción, se han lanzado a una asombrosa carrera por el futuro de la movilidad eléctrica que pasa por el desarrollo de unas baterías revolucionarias. Estas baterías orgánicas deberían ayudar, al menos, a diversificar y estabilizar el suministro, a mitigar las peligrosas fricciones de la geopolítica, a reducir considerablemente el impacto medioambiental y a mantener a raya los costes de producción no solo de los coches, sino de todos los medios de transporte libres de emisiones, que incluyen también desde autobuses hasta motos o patinetes.
El pistoletazo de salida ha sonado ya y son miles de millones de euros los que están en juego. Y no son pocos los que se preguntan quién —y, sobre todo, cuándo— darán algunos de estos laboratorios con esa tecla mágica que nos ayudará a proteger y cuidar, mucho mejor, el planeta.
Escribe: Gonzalo Toca
