Un equipo de investigadores de la Universidad de Houston en colaboración con el Toyota Research Institute of America, han logrado crear una batería de magnesio de alta energía que podría utilizarse tanto para alimentar vehículos eléctricos como para aplicaciones estacionarias de almacenamiento de energía. El uso del magnesio en el cátodo en combinación con un electrolito sin cloruro permite almacenar y descargar mucha más energía que las baterías de magnesio creadas hasta ahora.
Las baterías de magnesio de alta energía aprovechan las ventajas naturales de este mineral sobre el litio. El magnesio es mucho más común y, por lo tanto, menos costoso. Además es más seguro, ya que evita los riesgos de explosión e incendio puesto que es mucho menos propenso que el litio a sufrir fallos en su estructura interna, debido a la utilización de un ánodo de metal magnesio no dendrítico. Entre sus propiedades también destaca su alta densidad de energía y potencia incluso a temperatura ambiente.
Sin embargo, este tipo de baterías no serán competitivas comercialmente hasta que puedan almacenar y descargar grandes cantidades de energía. Según Yan Yao, profesor asociado de ingeniería eléctrica e informática en UH, los materiales utilizados en este tipo de baterías tanto para el cátodo como para el electrolito han sido un obstáculo. La investigación ha confirmado que el uso de cloruro en el electrolito contribuye a un rendimiento lento. Así lo ha descrito en la revista Joule en la que ha sido publicada la investigación.
Funcionamiento esquemático del mecanismo de trabajo de los cátodos orgánicos en electrolitos que contienen cloruro (izquierda) y libres de cloruro (derecha).
La nueva batería de magnesio creada es la primera en operar con un electrolito sin cloruro conjuntamente con un electrodo orgánico, lo que, según los investigadores, permite almacenar y descargar mucha más energía que las baterías de magnesio anteriores. Yanliang Leonard Liang, profesor asistente de investigación en UH señaló que, hasta ahora, el mejor cátodo para las baterías de magnesio ha sido el sulfuro de molibdeno en fase Chevrel —conocido por sus propiedades superconductoras— desarrollado hace casi 20 años, que no tiene la potencia ni la capacidad de almacenamiento de energía para competir con las baterías de litio. Hui Dong, estudiante de doctorado en UH, dijo que los dos cátodos de polímero orgánico probados proporcionaron un voltaje más alto que el cátodo de fase de Chevrel.
La investigación revela que los cátodos orgánicos anteriores operaron con una química de almacenamiento de MgCl apoyada por una gran cantidad de electrolito que reduce significativamente la energía celular. Posteriormente se creó una batería con cátodo de polímero de quinona, electrolitos libres de cloruro y un ánodo de metal de magnesio. A nivel de prototipo esta batería es capaz de alcanzar una energía específica de hasta 243 Wh/kg, una potencia de hasta 3,4 kW/kg y una estabilidad durante 2.500 ciclos de carga y descarga de hasta el 87%.
A partir de ahora la investigación continuará centrándose en mejorar aún más la capacidad específica y el voltaje de las baterías que las haga competitivas con las actuales baterías de litio.
