IBM Research ha comenzado un ambicioso proyecto con el que espera poder comercializar baterías que almacenen 10 veces más energía que las actuales de aquí a cinco años. La compañía colaborará con una serie de laboratorios nacionales en EE.UU. para desarrollar una tecnología prometedora aunque controvertida, que utiliza un litio de metal de alta densidad energética pero altamente inflamable en contacto con el oxígeno del aire. Como aspecto positivo, señala la compañía, se obtiene una batería potente, de peso ligero y recargable que se podrá utilizar en la red eléctrica y en la electrificación del transporte.

La baterías de litio metal-aire son capaces de almacenar una enorme cantidad de energía—en teoría, más de 5.000 vatios-hora por kilogramo. Eso supone un rendimiento diez veces mayor que las baterías de litio-ion actuales, y superior a otro tipo de dispositivo de almacenamiento de energía: las células de combustible. En vez de contener un segundo reactante dentro de la células, estas baterías reaccionan con el oxígeno del aire, que se introduce según sea necesario, haciendo que sean ligeras de peso y compactas.

IBM se está centrando en este tipo de tecnología de riesgo en vez de en las baterías de litio-ion debido al potencial que tienen para alcanzar unas densidades de energía lo suficientemente altas como para cambiar los sistemas de transporte, afirma Chandrasekhar Narayan, director de ciencia y tecnología de Centro de Investigación Almaden de IBM, en San José, California. “Si nos basamos en los tipos de desarrollo actuales y venideros, las baterías de litio-ion sólo van a poder alcanzar el doble del rendimiento que tienen hoy día,” afirma. “Para lograr un verdadero impacto en el transporte y en la red, se necesita una densidad mayor.” Uno de los objetivos del proyecto, afirma Narayan, es una batería de peso ligero y 804 kilómetros (500 millas) de autonomía para un coche familiar. El Chevy Volt puede desplazarse durante 64 kilómetros (40 millas) antes de empezar a utilizar el motor de gasolina, y la línea Model S de Tesla Motors puede viajar 483 kilómetros (300 millas) sin tener que recargar.

Uno de los retos principales a la hora de fabricar baterías de litio metal-aire es que “el aire no sólo es oxígeno,” afirma Jeff Dahn, profesor de ciencia de los materiales en la Universidad de Dalhousie, en Nueva Escocia. Allí donde hay aire, hay humedad, y la “humedad es mortal para el litio,” afirma Dahn. Cuando el metal de litio entra en contacto con el agua, se genera una explosión. Estas baterías requerirían una membranas de protección para repeler el agua y dejar pasar el oxígeno, y que sean estables a lo largo del tiempo.

En la actualidad IBM no posee programas de investigación de baterías en activo. Sin embargo, Narayan afirma que IBM tiene la experiencia necesaria para solucionar los problemas científicos. Además de con Oak Ridge, IBM se aliará con los laboratorios nacionales Lawrence Berkeley, Lawrence Livermore, Argonne y Pacific Northwest. La compañía y sus colaboradores están trabajando en una propuesta de financiación para el Departamento de Energía de los EE.UU. bajo la Agencia para Proyectos de Investigación Avanzados-Energía.

La investigación sobre las baterías de litio-metal se paralizaró aproximadamente hace 20 años. En 1989, la compañía canadiense Moli Energy retiró del mercado sus baterías recargables de litio-metal, que no utilizaban aire sino un cátodo más tradicional, después de que una de ellas se incendiase; el incidente tuvo repercusiones legales, y la compañía se declaró en bancarrota. Poco después, Sony introdujo en el mercado las primeras baterías recargables de litio-ion, que eran más seguras, y la investigación sobre los electrodos de litio-metal poco a poco llegó a paralizarse por completo. (Después de reestructurarse, Moli Energy reorientó sus esfuerzos de investigación y en la actualidad vende baterías de litio-ion bajo el nombre de Molicel.) Sólo unos pocos laboratorios en todo el mundo, incluyendo los de PolyPlus Battery, en Berkeley, California, el AIST de Japón, y la Universidad de St. Andrew en Escocia, trabajan en la actualidad en el desarrollo de baterías de litio-aire.

Los problemas de seguridad con las baterías de litio-metal pueden surgir cuando las baterías están recargadas. “Cuando cargas y descargas, tienes que galvanizar el metal una y otra vez,” afirma Dahn, que no colabora con el proyecto de IBM. A lo largo del tiempo, como ocurre con las baterías de litio-ion, la superficie de litio-metal se vuelve áspera, lo que puede ocasionar desbordamientos térmicos, cuando la batería literalmente se quema hasta que todos los reactantes en el interior han sido utilizados. Sin embargo, Narayan afirma que las baterías de litio-aire son más seguras que las antiguas baterías de litio-metal y que las baterías actuales de litio-ion puesto que sólo uno de los reactantes está en el interior de la célula. “Las células de litio-aire necesitan el aire de fuera,” afirma Narayan. “Es imposible que ocurra un desbordamiento térmico puesto que el aire es limitado.”

En PolyPlus Battery han estado trabajando en esta tecnología de litio de metal-aire durante seis años y han podido demostrar la viabilidad de dicha tecnología: en la sede de la compañía, dentro de un acuario con peces payaso, se encuentra suspendida una batería de litio-metal que obtiene el oxígeno del agua salada y mantiene encendido un LED verde. La compañía también ha desarrollado una batería prototipo que extrae el oxígeno del aire ambiental. No obstante, Steven Visco, fundador y vicepresidente de investigación de la compañía, afirma que las baterías de litio metal-aire son todavía una “tecnología joven que no está lista para ser comercializada.”

Desde IBM, Narayan señala que aún hay que resolver dos problemas principales con las baterías de litio metal-aire. En primer lugar, el diseño del cátodo necesita mejorarse para que el óxido de litio que se forma cuando el oxígeno entra en la batería no bloquee los canales de toma de oxígeno. En segundo lugar, se necesitan mejores catalizadores para generar la reacción inversa que recarga la batería.

Narayan afirma que hasta dentro de un año y medio no estará claro cuanto tiempo y dinero se necesitará para el proyecto, una vez que el proceso de investigación haya comenzado. Estima que la compañía dedicará unos cinco años y alrededor de 50 a 100 personas en el proyecto. Probablente IBM no fabrique las baterías sino que otorgue licencias para el uso de esta tecnología a otros fabricantes.