Las baterías de estado sólido son una de las grandes apuestas para el futuro inmediato de los coches eléctricos, pero existen otras tecnologías que prometen ir más lejos y que empiezan a despertar el interés de los fabricantes. Entre ellas destaca una batería de litio-aire, que utiliza el oxígeno del ambiente como parte de su reacción química y que podría multiplicar la cantidad de energía almacenada.
Wu Kai, científico jefe de CATL, ha identificado este tipo de baterías de litio-aire como una de las tecnologías que la compañía está estudiando de cara al futuro, una investigación que se desarrolla en paralelo a otras soluciones mucho más próximas al mercado, como las baterías de sodio y las de estado sólido.
Los cálculos teóricos apuntan a una densidad energética de unos 3.505 Wh/kg, una cifra que supera ampliamente la de las baterías utilizadas actualmente en los coches eléctricos. Algunas estimaciones plantean que este tipo de tecnologia podría alcanzar autonomías de hasta 2.000 kilómetros con una sola carga, aunque estamos hablando de posibilidades teóricas y no de resultados conseguidos por CATL en un coche.
La principal diferencia respecto a una batería convencional está en la forma de almacenar y liberar energía. En las actuales baterías de iones de litio, los dos electrodos contienen materiales que participan en el movimiento de los iones durante los procesos de carga y descarga. En las baterías de litio-aire, en cambio, se utiliza litio metálico en el electrodo negativo y oxígeno como reactivo en el positivo.
Durante la descarga, el litio reacciona con el oxígeno y forma peróxido de litio (Li₂O₂) en el interior de un electrodo poroso. Cuando se conecta la batería a un cargador, el proceso se invierte, liberando nuevamente el oxígeno y recuperando el litio, obteniendo como ventaja que no necesita almacenar dentro de la batería todo el material que participa en la reacción, ya que parte de él procede del aire exterior., lo que permite reducir la cantidad de materiales necesarios para almacenar una determinada cantidad de energía.
Los investigadores manejan cifras de densidad energética elevadas, con estimaciones que incluso pueden aproximarse a los 12.000 Wh/kg cuando se calcula únicamente la masa de determinados componentes y se excluye el oxígeno. Se trata de una cifra que podemos poner en contexto comparándola con los 250-280 Wh/kg de las celdas actuales más punteras del mercado, pero hay una diferencia importante entre la capacidad energética teórica de una reacción química y la que puede ofrecer una batería instalada en un coche.
Para funcionar, la batería necesita electrolitos, electrodos, protecciones, sistemas de refrigeración y equipos para gestionar la entrada de aire, lo que añade peso, ocupa espacio y reduce considerablemente las cifras, que podrían conseguirse en condiciones reales. Además, el oxígeno no llega solo, y el aire contiene humedad, dióxido de carbono y otros elementos que pueden provocar reacciones no deseadas dentro de la batería.
De esta manera, el agua puede reaccionar con el litio metálico, mientras que el dióxido de carbono puede favorecer la formación de carbonato de litio, acumulando depósitos que dificultan el funcionamiento de los electrodos. Por eso, una batería de litio-aire destinada a un coche necesitaría un sistema capaz de filtrar, controlar y acondicionar el aire que utiliza.
Un estudio de 2023 estimó que estos equipos auxiliares podrían consumir alrededor del 5,4 % de la energía de la batería en una configuración concreta, una pérdida que habría que tener en cuenta al calcular la autonomía final. Aunque todavía estamos lejos de ver estas baterías en un coche de producción, los investigadores han conseguido avances importantes durante los últimos años, y uno de los más interesantes lo logró un equipo de la Universidad de Jilin y la Academia China de Ciencias, que presentó una batería experimental de litio-aire que alcanzó una densidad energética de 757,5 Wh/kg, una cifra especialmente llamativa que supera ampliamente la densidad energética de las baterías comerciales actuales.
Los investigadores utilizaron un electrolito polimérico en forma de gel que permitió mejorar la estabilidad de las reacciones químicas y reducir algunos de los problemas asociados al contacto con el aire. El prototipo logró completar 241 ciclos de carga y descarga bajo determinadas condiciones de laboratorio.
Otro avance llegó desde Estados Unidos, donde investigadores del Instituto Tecnológico de Illinois y del Laboratorio Nacional de Argonne desarrollaron una batería de litio-aire con electrolito sólido, en la que utilizaron una reacción química diferente, que produce óxido de litio (Li₂O) en lugar del habitual peróxido de litio. Los resultados mostraron que esta configuración podía superar los 1.000 ciclos de carga y descarga a temperatura ambiente, con un potencial teórico de densidad energética de 1.200 Wh/kg.
Se trata de resultados prometedores, aunque todavía no equivalen a una batería comercial capaz de mantener esas prestaciones dentro de un coche durante años, hasta el punto de que el problema de la durabilidad es uno de los mayores obstáculos que tiene por delante esta tecnología, ya que durante las sucesivas cargas y descargas pueden acumularse productos químicos que bloquean los poros de los electrodos, dificultando el paso del oxígeno y reduciendo progresivamente la capacidad de almacenamiento.
A esto habría que suma rla eficiencia energética, ya que para invertir la reacción química durante la recarga hace falta aportar energía adicional, y parte de ella se pierde en forma de calor. Ademas, habría que resolver la estabilidad del litio metálico, la capacidad de entregar suficiente potencia durante una aceleración y el comportamiento de todo el conjunto en diferentes condiciones ambientales.
CATL conoce bien estas dificultades y por eso no ha anunciado ninguna fecha para la llegada de estas baterías de litio-aire al mercado, pasando su estrategia por continuar desarrollando tecnologías más maduras, como las baterías de sodio y las de estado sólido, mientras mantiene abiertas otras líneas de investigación con mayor potencial a largo plazo.
