Un equipo de investigadores chinos pertenecientes al Instituto QIBEBT ha publicado un avance muy importante que permitirá reemplazar el litio por magnesio en las baterías de los vehículos eléctricos. En lugar de los iones de magnesio, se emplea un portador de carga rico en cobre, que es un material altamente conductor, de manera que la electricidad fluye libremente permitiendo una alta producción de energía.

Las baterías de magnesio aprovechan las ventajas naturales de este mineral sobre el litio. Al ser mucho más abundante elimina el problema de suministro y abarata su coste. El precio del magnesio es de aproximadamente 5.000 dólares por tonelada, aproximadamente la mitad que el del litio. Además, ofrece mayor densidad de energía y potencia, incluso a temperatura ambiente. Por último, y no menos importante, al no ser un material propenso a la formación de dendritas y a sufrir fallos en su estructura interna, es más seguro, ya que evita los riesgos de explosión e incendio.

Sin embargo, los materiales utilizados en este tipo de baterías tanto para el cátodo como para el electrolito han sido un obstáculo en su desarrollo. El uso de cloruro en el electrolito contribuye a un rendimiento lento lo que impide que estas baterías sean competitivas comercialmente mientras no puedan almacenar y descargar grandes cantidades de energía.

Los investigadores del Instituto Qingdao de Bioenergía y Tecnología de Bioprocesos (QIBEBT) de la Academia de Ciencias de China (CAS) han publicado los resultados de su investigación en la revista Angewandte Chemie. Allí anuncian que están un paso más cerca de crear una batería de magnesio de alto rendimiento y viable económicamente, empleando iones de cobre como portadores de carga. 

Funcionamiento químico de las nuevas baterías de manesio con iones de cobre.

Durante el proceso de recarga, la alta densidad de los iones Mg²⁺ hace que su difusión en el electrolito sea lenta. Además, los enlaces entre ellos y los aniones son difíciles de romper, lo que lleva a un deficiente ciclo de carga-descarga. Para abordar este problema, la estrategia seguida por los investigadores se ha basado en emplear otro portador de carga para la química del cátodo: el Cu⁺. Este se disuelve en el electrolito, que estará formado por iones de magnesio y de cobre y aniones de boro (BCM). La concentración del portador de carga de Cu⁺ en la solución se rige por un el equilibrio entre el electrodo y el electrolito BCM.

A medida que la batería de magnesio se descarga, los iones Cu+ se disuelven en el electrolito y este en cobre metálico formando un recubrimiento en el electrodo. Como el cobre es altamente conductor, la electricidad fluye entonces libremente, lo que permite una alta producción de energía.

En el laboratorio, la batería experimental de Mg/Cu ha mostrado un excelente rendimiento reteniendo el 80% de su capacidad original después de 200 ciclos de carga-descarga. En comparación, una batería comercial de iones de litio pierde más del 20% de su capacidad original después de 1.000 ciclos. Si bien la batería Mg/Cu no es comercialmente viable, la investigación abre el camino para competir con las de litio. Según el director del proyecto, el profesor CUI Guanglei “esperamos alcanzar el hito de los 1.000 ciclos en los próximos dos años”. El próximo paso es diseñar las celdas como bolsas flexibles, para lo que necesitarán crear su solución electrolítica basada en Cu⁺ en forma de gel.