Aunque las baterías de iones de litio se han establecido como la tecnología más confiable hasta la fecha en cuanto a baterías, investigadores en todo el mundo no dejan de buscar la manera de mejorar las prestaciones -a todos los niveles- de las baterías actuales, ya sea mediante combinaciones nuevas de elementos químicos en el electrodo, técnicas diferentes para el electrolito o nuevos métodos de fabricación. Toyota y la Universidad de Kyoto están investigando en este sentido y ya están probando una batería de nueva generación que podría permitir 1000 km de autonomía en coches eléctricos.

Ion fluoruro: una tecnología nueva entre las baterías de electrolito sólido

Un equipo de investigadores de la Universidad de Kyoto y Toyota está desarrollando su trabajo alrededor de un prototipo para la próxima generación de baterías, una batería de electrolito sólido con una química nueva que promete una densidad energética mayor que las baterías actuales. Dicho de otra manera: más capacidad de almacenar energía en un paquete más pequeño y ligero que las de baterías de ión-litio.

Esta nueva batería emplea ion fluoruro y los primeros resultados indican una densidad gravimétrica de energía (energía por unidad de masa) hasta siete veces mayor que las baterías de litio convencionales, dando como resultado una autonomía de 1000 kilómetros por carga en un coche eléctrico.

El ion fluoruro (F^– ) es la forma en que se presenta normalmente el flúor en una disolución acuosa. En una batería de iones de fluoruro se genera electricidad enviando iones de fluoruro de un electrodo al otro a través de un electrolito conductor de iones de fluoruro.  En este caso, el prototipo de la batería utiliza un ánodo (electrodo cargado negativamente) compuesto de flúor, cobre y cobalto. Por su parte, el cátodo (electrodo cargado positivamente) está hecho principalmente de lantano.

Los investigadores han optado por un electrolito sólido, tan en boga últimamente, en lugar de los electrolitos líquidos que se utilizan normalmente en las baterías de iones de litio. Una de las principales ventajas de las baterías con electrolito sólido es que no pueden incendiarse, aumentando su seguridad y permitiendo que los ingenieros no tengan que crear sistemas para evitar el sobrecalentamiento.

Ventajas e inconvenientes de las baterías de ion fluoruro

En los últimos meses estamos viendo como los fabricantes, con Tesla a la cabeza, están consiguiendo aumentar la autonomía de sus coches eléctricos con batería de iones de litio. En algunos casos, como el Tesla Model S, ya se sitúan por encima de los 640 kilómetros por carga. Sin embargo, se cree que podríamos estar cerca del límite de autonomía teórico que una celda de iones de litio podría conseguir. Por eso se están investigando nuevas vías, y las baterías de ion fluoruro prometen hasta 7 veces mayor densidad energética, lo que podría traducirse en autonomías mucho mayores de las que conocemos actualmente.

Sin embargo, el mayor desafío hasta la fecha es que las baterías de ion fluoruro solamente funcionan a altas temperaturas. Los iones de fluoruro son conductores útiles, es decir, se mueven de un electrodo polarizado a otro, pero cuando el electrolito en estado sólido se calienta lo suficiente. Esto hace que la tecnología de ion fluoruro no sea práctica para muchas aplicaciones de consumo.

Las altas temperaturas requeridas también provocan que los electrodos se dilaten o expandan más de lo conveniente. El equipo de la Universidad de Kyoto y Toyota aseguran que han descubierto la manera de evitar que los electrodos se hinchen: la solución pasa por fabricarlos con una aleación de cobalto, níquel y cobre. El equipo planea modificar los materiales utilizados en el ánodo para garantizar que la batería se pueda cargar y descargar sin perder capacidad. Esto lleva a pensar que la degradación podría ser otro de los inconvenientes pendientes de resolver.

Recordemos, además, que los investigadores apuntan al cobalto como uno de los elementos necesarios para fabricar estas baterías. La necesidad de cobalto, la materia prima más cara de las baterías actuales, no ayudará a reducir el coste de las mismas. Además conlleva otro problema añadido: encontrar cobalto de proveedores sostenibles y en países donde se cumplan los estándares de seguridad y derechos laborales.

Hay razones para creer en las baterías de fluoruro

Pese a los inconvenientes mencionados anteriormente, hay algunas razones para pensar que la tecnología de ion fluoruro tiene futuro en el campo de las baterías. En 2018, científicos del Instituto de Investigación Honda junto con investigadores del Instituto Tecnológico de California y el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA alcanzaron un hito importante en la tecnología FIB (siglas de ‘Fluoride ion batteries’): consiguieron que las celdas funcionasen correctamente a temperatura ambiente, sin necesidad de calentarlas a altas temperaturas.

Por otro lado, en un artículo publicado en la revista Science, Robert Grubbs, un investigador de Caltech, sentenció: «Las baterías de fluoruro pueden tener una densidad de energía más alta, lo que significa que pueden durar más, hasta ocho veces más que las baterías que se usan actualmente».