CATL: Las celdas respiratorias/Li-air son el principal área de investigación en el futuro. Densidades energéticas varias veces superiores.

Wu Kai, principal científico en CATL, el mayor fabricante de celdas de litio-ion del mundo, describió la tecnología de las celdas de litio-aire que literalmente respiran oxígeno del aire como “el principal área de investigación futura de la empresa”, según informó el portal Interested Engineering. Se trata ya no de celdas clásicas con electrolito sólido, cuya densidad energética es de 1,5 a 2 veces mayor que la de las celdas actuales, sino de productos que, con la misma masa, pueden almacenar incluso hasta cuatro veces más energía.

Li-air. En versión sólida de CATL: un sueño

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Li-air. En versión sólida de CATL: un sueño

Li-air. Una tecnología antigua con muchos problemas sin resolver

Dos veces mayor densidad de energía (1,2 kWh/kg) no es un valor arbitrario, sino el resultado de los cálculos realizados por científicos del Argonne National Lab en Estados Unidos, quienes llevan varios años probando prototipos de celdas Li-air. La batería actual de un coche eléctrico, con una capacidad de unos 80 kWh y un peso de media tonelada, podría pesar alrededor de 150 kilogramos si se utilizaran celdas Li-air, manteniendo la misma capacidad. También podría llegar a pesar 250 kilogramos, lo que permitiría al conductor del vehículo eléctrico tener un alcance similar al de un modelo competitivo de combustión, con exactamente la misma masa y una distribución mejorada (más cerca del suelo).

Diagrama de la estructura de la celda Li-air (c) ANL

La densidad energética de la gasolina es de 12,9 kWh/kg. La densidad energética máxima teórica de las celdas Li-air es casi igual a la de litio puro, es decir, alrededor de 11,1 kWh/kg, pero en la práctica no se ha logrado superar ni siquiera 1/7 de este valor (~1,7 kWh/kg; fuente). La limitación aquí es el propio litio, que sobrepasa la celda a lo largo de las vías iónicas (dendritas), lo que provoca un cortocircuito cuando su cantidad es excesiva. Esto parece mal en comparación con la gasolina, pero hay que recordar que en los vehículos eléctricos aproximadamente el 80-90 por ciento de la energía almacenada llega a las ruedas, mientras que en los automóviles de combustión interna la eficiencia es del 25-30 por ciento (3,2-3,9 kWh/kg).

Li-air. Una tecnología antigua con muchos problemas sin resolver

El mayor problema de las celdas Li-air es su baja vida útil. El litio puro que forma la anoda reacciona con el electrolito, lo que provoca la formación de una capa de óxido, hidróxido y carbonato de litio que inicialmente protege la electrodo de una mayor corrosión, pero con el tiempo bloquea el flujo de iones. El acceso libre al aire —como indica su nombre; la oxidación es condición para el flujo de electrones— hace que se puedan formar compuestos similares en cualquier lugar de la celda donde haya litio. Se está considerando el uso de recubrimientos duros que cubran la anoda, lo cual permitiría el flujo de iones, pero impediría la reacción con los agentes atmosféricos y, al mismo tiempo, bloquearía el crecimiento de dendritas (compárese con: electrolitos sólidos).

Batería CATL Shenxing Pro. En caso de utilizar celdas Li-air, se necesitarán conductos adicionales para suministrar aire, y si debe cargarse rápidamente, también un compresor.

En la cátodo, en cambio, basta con una pequeña cantidad de agua para que el óxido de litio se convierta en hidróxido de litio, lo cual corrode su estructura. Por eso, hoy, después de varias décadas de investigación en baterías respirables, ni siquiera sabemos si el camino mejor es el de electrolitos basados en agua (con anodo aislado), en los que los óxidos y hidróxidos de litio se mezclan libremente, o bien los electrolitos protónicos (aproticos), que no disuelven óxidos (por lo tanto no forman hidróxidos), pero que causan obstrucciones en la cátodo.

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