El paquete de batería del Nissan Leaf cuesta alrededor de 12.000 dólares (9.264 euros) y el rango de autonomía de los vehículos eléctricos es todavía limitado, situándose en alrededor de 138 millas (222 kilómetros) por carga en condiciones ideales en el caso del Leaf, lo que hace que la tecnología sea poco atractiva para muchos conductores.
Los investigadores de Toyota están progresando de forma constante en el desarrollo de una batería que utiliza magnesio en vez de litio, y que algún día podría ofrecer una alte ativa más barata y de mayor densidad de energía.
A principios de este mes, los investigadores del Instituto de Investigación de Toyota en Norteamérica (TRINA, por sus siglas en inglés) en Michigan publicaron un artículo en la revista Chemical Communications que describe sus experimentos con una batería de ión-magnesio con un nuevo tipo de ánodo, hecho de estaño, y el mismo tipo de electrolitos utilizados en las baterías de ion-litio.
Las pruebas mostraron un rendimiento prometedor y abren el camino a futuras investigaciones, señala Nikhilendra Singh, autor principal del artículo.
"Definitivamente tiene potencial", asegura Singh. "Necesitamos introducir algunas mejoras en cuanto al rendimiento, y las hemos abordado en el artículo. Pero, en general, estamos muy emocionados".
El magnesio es un material abundante, por lo que las baterías de ión-magnesio prometen ser baratas. Estas baterías también deberían tener una capacidad de almacenamiento más alta que las de ión-litio ya que los iones de magnesio tienen una carga positiva de dos, en lugar de la de uno de los iones de litio. Una batería de ión-magnesio podría almacenar más carga por gramo, lo que se traduciría en un mayor rango de conducción para los automóviles, o en un tiempo de funcionamiento más alto para la electrónica de consumo. Sin embargo, el proceso químico para hacer que una batería de ión-magnesio funcione de forma eficiente aún no ha sido perfeccionado.
Hay dos rutas principales de exploración, indica Yuyan Shao, científico sénior en el Pacific Northwest National Laboratory (EE.UU.).
Uno se centra en la fabricación de baterías con un ánodo de metal de magnesio. Este tipo de ánodo transfiere la carga de forma eficiente, pero es incompatible con los electrolitos convencionales. Cuando se utilizan, se forma una 'capa de bloqueo' en los ánodos de magnesio que apaga la batería, señala Singh. Por tanto, algunos investigadores están buscando nuevos electrolitos que funcionen bien con el metal de magnesio.
Otra posible solución es usar un tipo diferente de ánodo, que funcione con electrolitos conocidos y convencionales. Este enfoque también ha tenido un éxito limitado con anterioridad, pero el artículo de Toyota demuestra que merece una investigación adicional, específicamente dirigida a la búsqueda de un cátodo de alta capacidad y alto voltaje, señala Shao.
Se está llevando a cabo una gran cantidad de trabajo en el mundo académico e industrial para mejorar el rendimiento de las baterías y reducir los costes de los materiales, ya sea gracias al avance de la tecnología de litio o mediante la exploración de nuevas configuraciones químicas, como el aire-litio, el aire-sodio o el azufre-litio. El trabajo de TRINA se centra exclusivamente en el magnesio, pero los científicos de Toyota en otras localizaciones están explorando otros nuevos tipos de baterías, entre ellas las de litio-aire e ión-sodio, que también se consideran candidatas para reemplazar a las baterías de litio en automóviles y productos electrónicos de consumo.
Una empresa que también está trabajando activamente en las baterías de ión-magnesio es Pellion Technologies, surgida del MIT (Instituto Tecnológico de Massachusetts, EE.UU.). La compañía está utilizando análisis informatizados para poner a prueba rápidamente el rendimiento de los materiales activos de las baterías de ión-magnesio. Dos de los cofundadores de Pellion declinaron hacer comentarios sobre el trabajo de Toyota.
En los años 70 y 80, los investigadores de baterías de ión-litio intentaron construir baterías con un ánodo de litio metálico. Al igual que con el magnesio, prometía ofrecer un voltaje más alto y, por lo tanto, una mejor densidad de energía. Sin embargo, finalmente se usaron diferentes materiales anódicos, lo que allanó el camino para la industria del ión-litio actual, indica Venkat Srinivasan, investigador y director del Laboratorio Lawrence Berkeley de Baterías para Tecnologías Avanzadas de Transporte.
En el caso de las baterías de magnesio, Srinivasan señala que es demasiado pronto para declarar qué opción es la más prometedora, si la del ánodo de magnesio o la del ánodo de inserción de estaño. De hecho, los investigadores de TRINA continuarán investigando ambas opciones.
"Es un poco pronto para decidirse por un solo sistema", indica Takashi Kuzuya, gerente general de TRINA. "Por eso estamos investigando muchas, muchas posibilidades". Cree que las baterías de magnesio se usarán en un primer momento para la electrónica de consumo y después en los coches, del mismo modo que fueron adoptadas las baterías de litio.
El impacto del artículo de Toyota se hará sentir principalmente en la comunidad de investigación, añade Srinivasan. La comercialización de baterías de magnesio está a más de 10 años de distancia: "Una vez que logras un gran avance, es decir, que consigues un ánodo, un cátodo y un electrolito, tardas unos cinco años en llegar a la etapa de comercialización, y en el caso del magnesio aún no tenemos todos esos elementos, así que va a lleva os un tiempo", concluye.