Un equipo conjunto formado por investigadores de la Universidad de Tohoku en Japón y de la Universidad de California, Los Ángeles (UCLA), ha logrado un avance significativo en el campo de las baterías para los vehículos eléctricos. Su trabajo ha dado como resultado la creación de una batería de iones de litio orgánica, de alto voltaje, que no necesita emplear metales escasos y caros. En su lugar utiliza una pequeña molécula orgánica, el ácido crocónico, que hace que este tipo de baterías, capaces de almacenar una gran cantidad de energía, sean muy económicas gracias a que eliminan los costosos metales que interviene en las químicas ternarias clásicas.
Las baterías de iones de litio convencionales dependen de metales como el cobalto o el litio, escasos, con precios muy variables y procedentes de zonas políticamente inestables. En cambio, las baterías orgánicas precisan de elementos que son abundantes en la naturaleza como es el caso del carbono, el hidrógeno, el nitrógeno o el oxígeno. Además, teóricamente, las baterías orgánicas tienen mayores capacidades energéticas que las baterías de iones de litio convencionales porque el uso de estos materiales orgánicos hace que sean muy livianas. Sin embargo, la mayoría de las baterías orgánicas creadas hasta la fecha poseen un voltaje de trabajo relativamente bajo, entre 1 y 3 voltios, lo que no permite que sean utilizadas en aplicaciones de alta energía. El aumento del voltaje de las baterías orgánicas conduciría a poder emplear esa potencial alta densidad de energía que contienen.
El trabajo es obra de dos científicos japoneses de la de la Universidad japonesa de Tohoku , Itaru Honma, profesor de química en el Instituto de Investigación Multidisciplinaria de Materiales Avanzados y Hiroaki Kobayashi, profesor asistente de química y Yuto Katsuyama, estudiante de posgrado de UCLA. Su equipo descubrió que el ácido crocónico, cuando se usa como material del cátodo en una batería de iones de litio, es capaz de mantener un alto voltaje de trabajo, cercano a los 4 voltios.
El ácido crocónico tiene cinco átomos de carbono unidos entre sí en forma pentagonal y cada uno de los ellos está unido a un átomo de oxígeno. Su capacidad energética teórica es muy alta, 638,6 mAh/g, mucho más que la de los materiales de cátodo que se emplean en las baterías de iones de litio convencionales (LiCoO2 ~ 140 mAh/g). “Investigamos el comportamiento electroquímico del ácido crocónico en el rango de alto voltaje, por encima de 3 V, utilizando cálculos teóricos y experimentos electroquímicos”, explica Kobayashi. "Descubrimos que el ácido crocónico almacena iones de litio a aproximadamente a 4 V, lo que da una densidad de energía teórica muy alta, de 1.949 Wh/kg, que es más grande que la de la mayoría de las baterías de iones de litio orgánicas e inorgánicas", añade.
Aunque en este estudio no se logró alcanzar la capacidad teórica, el equipo de investigadores es optimista, puesto que su celda prototipo tiene mucho margen de mejora. Se pueden realizar modificaciones químicas del ácido crocónico a nivel estructural que estabilizarán la molécula, aumentando su capacidad y su respuesta a la reversibilidad de los ciclos de carga y descarga, lo que revierte directamente en una vida útil similar a la que ofrecen las baterías de litio convencionales. Además es preciso el desarrollo de electrolitos estables de alto voltaje, puesto que la mayoría de los existentes no pueden soportar el voltaje de trabajo que precisa este ácido.
