Un nuevo método de producir pilas recargables de fluoruro acerca que los dispositivos portátiles mantengan su autonomía durante semanas. Por primera vez, funcionan a temperatura ambiente.
Estas baterías, que van más allá de las versiones actuales de las populares litio-ion de hoy en día, se basan en la forma cargada negativamente, o anión, del elemento flúor, tal y como describe en Science un estudio realizado por químicos varias instituciones, incluyendo Caltech y el Jet Propulsion Laboratory (JPL).
“Las baterías de fluoruro pueden tener una mayor densidad de energía, lo que significa que pueden durar más, hasta ocho veces más que las baterías que se usan hoy en día”, dice el coautor del estudio Robert Grubbs, profesor de Química de Caltech y ganador del Premio Nobel de Química en 2005. “Pero puede ser difícil trabajar con fluoruro, en particular porque es muy corrosivo y reactivo”.
En la década de 1970, los investigadores intentaron crear baterías de fluoruro recargables utilizando componentes sólidos, pero las baterías de estado sólido funcionan solo a altas temperaturas, lo que las hace poco prácticas para el uso diario. En el nuevo estudio, los autores informan cómo hacer funcionar las baterías de fluoruro usando componentes líquidos, y las baterías líquidas funcionan fácilmente a temperatura ambiente.
“Aún estamos en las primeras etapas de desarrollo, pero esta es la primera batería de fluoruro recargable que funciona a temperatura ambiente”, dice Simon Jones, químico de JPL y autor correspondiente del nuevo estudio.
Las baterías impulsan las corrientes eléctricas al transportar átomos cargados, o iones, entre un electrodo positivo y negativo. Este proceso de transporte se realiza más fácilmente a temperatura ambiente cuando se trata de líquidos. En el caso de las baterías de iones de litio, el litio se transporta entre los electrodos con la ayuda de una solución líquida o electrolito.
“Recargar una batería es como empujar una bola cuesta arriba y luego dejarla rodar hacia atrás una y otra vez”, dice el coautor Thomas Miller, profesor de química en Caltech. “Uno va y viene entre almacenar la energía y usarla”.
Mientras que los iones de litio son positivos (llamados cationes), los iones de fluoruro usados en el nuevo estudio tienen una carga negativa (y se llaman aniones). Existen tanto desafíos como ventajas al trabajar con aniones en baterías.
“Para una batería que dura más tiempo, necesita mover una mayor cantidad de cargas. Mover cationes metálicos de carga múltiple es difícil, pero se puede lograr un resultado similar moviendo varios aniones cargados individualmente, que viajan con relativa facilidad”, dice Jones, quién investiga en JPL sobre las fuentes de energía necesarias para las naves espaciales. “Los desafíos con este esquema son hacer que el sistema funcione a voltajes utilizables. En este nuevo estudio, demostramos que los aniones son realmente dignos de atención en la ciencia de las baterías, ya que demostramos que el fluoruro puede funcionar a voltajes suficientemente altos”.
La clave para hacer que las baterías de fluoruro funcionen en un líquido en lugar de en un estado sólido resultó ser un líquido electrolito llamado bis (2,2,2-trifluoroetil) éter o BTFE. Este solvente es lo que ayuda a mantener estable el ion fluoruro para que pueda transportar electrones hacia adelante y hacia atrás en la batería. Jones dice que su pasante en ese momento, Victoria Davis, quien ahora estudia en la Universidad de Carolina del Norte, Chapel Hill, fue el primero en pensar en probar el BTFE. Si bien Jones no tenía muchas esperanzas de que tuviera éxito, el equipo decidió intentarlo de todos modos y se sorprendió de que funcionara tan bien.
En ese momento, Jones acudió a Miller en busca de ayuda para comprender por qué funcionaba la solución. Miller y su grupo realizaron simulaciones por computadora de la reacción y descubrieron qué aspectos del BTFE estaban estabilizando el fluoruro. A partir de ahí, el equipo pudo ajustar la solución BTFE, modificándola con aditivos para mejorar su rendimiento y estabilidad.
“Estamos desbloqueando una nueva forma de fabricar baterías de mayor duración”, dice Jones. “El fluoruro está regresando con las baterías”.
Fuente: EP