Las baterías de litio están llegando a su límite tecnológico. Si bien incorporando un electrolito sólido en su composición, puedan extender su vida útil y seguir siendo una opción viable por más tiempo, será una opción costosa a la que todavía le queda un tiempo para ser comercializada. Por otro lado, la tecnología de baterías basadas en zinc también se considera prometedora para el futuro. Sin embargo, estas baterías han quedado en segundo plano debido a su limitada capacidad energética y a los desafíos que presentan en su recarga.
Por eso, con zinc, hasta ahora, solo se han desarrollado baterías primarias, es decir, de un solo uso. A pesar de existir desde hace tiempo, suelen utilizarse como baterías principales no recargables en dispositivos pequeños como relojes o audífonos.
Batería de zinc y lignina con electrolito acuoso
El grupo de investigación de Reverant Crispin, profesor de electrónica orgánica en la Universidad de Linköping, en colaboración con investigadores de la Universidad de Karlstad y Chalmers, ha creado una batería que utiliza zinc y lignina, dos materiales tan económicos como ecológicos. En términos de densidad de energía, esta batería es similar a las baterías de plomo-ácido, pero sin el uso de plomo, que es un material tóxico.
Aunque las baterías de zinc ya están disponibles en el mercado, principalmente como baterías no recargables, se espera que en el futuro complementen e incluso reemplacen a las baterías de iones de litio, especialmente por su elevada vida útil.
«Si bien las baterías de iones de litio son útiles cuando se manejan correctamente, pueden ser explosivas, difíciles de reciclar y generar problemas ambientales y de derechos humanos durante la extracción de elementos como el cobalto. Nuestra batería sostenible ofrece una alternativa prometedora, especialmente en situaciones donde la densidad de energía no es crítica», afirma Ziyauddin Khan, investigador del Laboratorio de Electrónica Orgánica de LiU.
El principal problema con las baterías de zinc ha sido su baja durabilidad debido a la reacción del zinc con el agua en la solución electrolítica de la batería. Esta reacción produce gas hidrógeno y causa el crecimiento dendrítico del zinc, lo que hace que la batería sea prácticamente inutilizable.
Para abordar este problema, se utiliza una sustancia llamada electrolito de sal de agua en polímero a base de poliacrilato de potasio (WiPSE) para estabilizar el zinc. Los investigadores de Linköping han demostrado que cuando se utiliza WiPSE en una batería que contiene zinc y lignina, la estabilidad es muy alta.
«Tanto el zinc como la lignina son materiales económicos, y la batería es fácilmente reciclable. Si se calcula el coste por ciclo de uso, la batería se vuelve extremadamente económica en comparación con las baterías de iones de litio», afirma Khan.
El prototipo de esta batería es altamente estable manteniendo el 80% de su capacidad nominal después de 8.000 ciclos de carga-descarga. Además, retiene esta carga durante aproximadamente una semana aunque esté inactiva, una duración significativamente más larga que otras baterías de zinc similares que se descargan en cuestión de horas.
Baterías para coches eléctricos
Actualmente, las baterías desarrolladas en el laboratorio son de pequeño tamaño. Sin embargo, los investigadores confían en su capacidad para crear baterías más grandes, del tamaño aproximado de una batería de automóvil, gracias a la abundancia y bajo costo de la lignina y el zinc
La producción a gran escala requeriría la colaboración de los sectores público y privado. Crispin destaca que la posición de Suecia como país innovador le brinda la oportunidad de ayudar a otras naciones a adoptar alternativas más sostenibles. «Podemos considerar que es nuestro deber ayudar a los países de bajos ingresos a evitar cometer los mismos errores que nosotros. Cuando construyen su infraestructura, necesitan comenzar con tecnología verde de inmediato. Si se introduce tecnología insostenible, miles de millones de personas la utilizarán, lo que provocará una catástrofe climática», añade.
Por último, Crispin hace referencia a la necesidad de poner sobre la mesa una tecnología de baterías económica para aquellos países en los que el aprovechamiento de la energía solar es complicado. «Los paneles solares se han vuelto relativamente económicos y muchas personas en países de bajos ingresos los han adoptado. Sin embargo, cerca del ecuador, el sol se pone alrededor de las 6 de la tarde, dejando a los hogares y empresas sin electricidad. La esperanza es que esta tecnología de baterías, incluso con un rendimiento inferior al de las costosas baterías de iones de litio, eventualmente ofrezca una solución para estas situaciones», afirma.