Las baterías a base de litio han sido parte integral de nuestras vidas durante décadas y son necesarias para varios dispositivos electrónicos. Pero, ¿por qué las baterías de litio se han vuelto tan populares y existen mejores alternativas? ¿Qué podría algún día reemplazar por completo a las baterías de litio?
¿Qué son las baterías a base de litio?
Las baterías de litio (baterías de iones de litio) son el tipo de batería más común en la actualidad. La idea de las baterías de litio fue propuesta por primera vez en 1976 por Michael Stanley Whittingham, un químico británico. Las baterías de litio se comercializaron por primera vez a gran escala unos años más tarde, en 1991, cuando entraron en producción en masa.
Una batería a base de litio puede venir en muchas formas, con las variantes más notables que incluyen litio fosfato de hierro, óxido de litio cobalto, óxido de litio manganeso y litio níquel manganeso cobalto óxido. Estas baterías contienen pequeñas celdas de energía, cada una de las cuales consta de un electrodo positivo (cátodo), un electrodo negativo (ánodo) y un electrolito.
Dentro de la celda, los iones de litio se mueven entre los electrodos positivo y negativo, y el electrolito actúa como vector de movimiento. Los iones de litio (Li+) tienen una carga positiva y, por lo tanto, son atraídos por el electrodo negativo. Los dos electrodos también se componen de componentes clave. En el caso de una batería típica de óxido de cobalto y litio, el cátodo está hecho de óxido de cobalto y litio, mientras que el ánodo generalmente está hecho de un compuesto a base de carbono conocido como grafito.
El cátodo cederá algunos de sus iones de litio positivos, que luego viajarán al ánodo a través del electrolito, liberando energía que la batería usará para su potencia de salida. Miles de millones de personas en todo el mundo ahora confían en este proceso rápido y simple para alimentar sus dispositivos.
Muchas marcas de baterías de iones de litio son de un solo uso. Si bien pueden alimentar un dispositivo durante semanas, meses o incluso años, debe desecharse y reemplazarse una vez que se agote la batería. Sin embargo, baterías recargables a base de litio ahora son muy populares, ya que pueden ahorrar dinero a los usuarios y producir menos residuos.
Pero, ¿por qué, exactamente, las baterías de litio son la mejor opción? ¿Qué los convierte en una opción tan atractiva para fabricantes y consumidores?
¿Por qué usamos baterías a base de litio?
Utilizamos principalmente baterías de litio debido a su larga vida en comparación con otros tipos de baterías. Los fabricantes quieren producir y vender baterías que brinden energía durante unos días sin dejar de ser livianas y compactas. Además, según el Instituto de Energía Limpia, Las baterías de iones de litio tienen una autodescarga muy baja de alrededor del 1-2 % por mes, lo que significa que pierden un porcentaje menor de su capacidad de energía total cada vez que se usan.
Las baterías de iones de litio pueden producir energía a través de un proceso químico simple, lo que las convierte en una opción muy atractiva para los fabricantes. Sumado a esto, la densidad de energía de las baterías de iones de litio las convierte en la opción preferida. Una batería de iones de litio estándar tiene una capacidad de 260-270wh/kg (vatios-hora por kilogramo), mientras que las baterías de plomo-ácido solo pueden alcanzar una capacidad de 50-100wh/kg (según Energía de libélula). La densidad de energía de las baterías de iones de litio también es una razón clave por la que son comúnmente utilizado en vehículos eléctricos.
Debido a estos factores, las baterías a base de litio son populares entre el público en general y no son caras de comprar. Si bien ciertas marcas o modelos de baterías pueden tener un precio más alto, las baterías estándar a base de litio generalmente son bastante asequibles y están disponibles en millones de tiendas en todo el mundo.
Pero las baterías de iones de litio no son perfectas. De hecho, hay algunos problemas evidentes asociados con esta fuente de energía increíblemente popular.
El problema con las baterías de litio
Uno de los mayores problemas asociados con las baterías de iones de litio es la gran cantidad de desechos que generan. Muchas personas optan por deshacerse de las baterías en la basura normal una vez que se quedan sin energía, lo que es perjudicial para el medio ambiente.
Cuando las baterías de iones de litio se desechan junto con otros desechos generales no reciclables, terminan en un vertedero. Una vez que aterrizan aquí, sus componentes pueden filtrarse y dañar gravemente el entorno circundante. El litio, el níquel, el cobalto y el manganeso pueden presentar serios riesgos de contaminación y están presentes en varios tipos de baterías a base de litio.
Además, la extracción de litio para este tipo de batería también perjudica a nuestro planeta. El litio se puede extraer a través de la extracción de sal o la evaporación, y ambos procesos tienen un efecto desagradable en el medio ambiente. La contaminación, el aumento de la salinidad del agua, las emisiones de CO2 y la pérdida de biodiversidad son efectos secundarios preocupantes de la extracción de litio.
Dado que se espera que el mercado de baterías de litio crezca un 14,6 por ciento entre 2020 y 2026 (según lo informado por estatista), es probable que el proceso de extracción de litio continúe representando una amenaza ambiental. Esto también es un creciente preocupación en la industria de producción de vehículos eléctricos.
¿Entonces cuales son las alternativas?
Las 4 mejores alternativas de batería a base de litio
1. Baterías de agua salada
Los océanos de agua salada cubren dos tercios de nuestro planeta. Entonces, ¿cómo se puede utilizar este recurso para la generación de energía?
Las baterías de agua salada utilizan una solución salina concentrada para producir energía. Las baterías de agua salada también contienen un ánodo y un cátodo, y la solución salina actúa como electrolito (o vector) para los iones de sodio positivos (iones Na+). Los iones de sodio viajan del cátodo al ánodo, produciendo energía.
El agua de mar real no se usa en las baterías de agua salada, pero se pueden recolectar cantidades masivas de sal del océano y usarlas para estas baterías. El uso de agua salada para fabricar baterías podría ser mucho menos dañino para el medio ambiente que los procesos de extracción utilizados para el litio, el cobalto, el níquel y otros metales utilizados en las baterías.
2. Baterías de vidrio
Las baterías de vidrio pueden sonar un poco inusuales, pero tienen un gran potencial. La batería de vidrio es una idea relativamente nueva, conceptualizada por primera vez por el físico John Goodenough en 2017. Esta batería, conocida como la "batería Goodenough", utiliza vidrio como electrolito. Mientras que los electrolitos de las baterías generalmente vienen en forma líquida, la batería de vidrio es completamente sólida.
El uso de un electrolito sólido es considerablemente más seguro que los electrolitos líquidos, lo que reduce la posibilidad de incendios y elimina el riesgo de lixiviación en los vertederos. Además, la batería de vidrio podría durar más que las baterías de iones de litio, lo que las convierte en una alternativa más sostenible en general. El sodio también se utiliza en la batería de vidrio que, como se mencionó al hablar de las baterías de agua salada, es un recurso más sostenible que los metales de las baterías tradicionales.
3. Baterías de sodio y azufre
Las baterías de azufre de sodio (NaS) son una forma de batería de estado líquido que utiliza ánodos y cátodos fundidos. En este caso, el ánodo y el cátodo vienen en forma líquida, siendo el primero sodio fundido y el segundo azufre fundido. Estas baterías han existido desde la década de 1960 antes de que se inventara la batería de iones de litio. Pero, ¿qué potencial tiene la batería NaS en nuestro mundo?
Una de las principales ventajas de las baterías de sodio y azufre es su mayor densidad de energía que las baterías de iones de litio. De hecho, investigadores de la Universidad de Sydney creó una batería de sodio y azufre con cuatro veces la capacidad energética de las baterías de iones de litio en 2022. Además, las baterías de sodio y azufre son menos tóxicas que las baterías de iones de litio, lo cual es una buena noticia para el medio ambiente.
4. Baterías de cáñamo
No pensarías que el cáñamo tiene el potencial para reemplazar las baterías de iones de litio, pero esta planta ha demostrado su versatilidad una vez más. Sin embargo, estas baterías vienen con una advertencia: todavía usan metales pesados como el litio para funcionar.
Reloj ecológico informa que un ejemplo de una batería alimentada con cáñamo, desarrollada por investigadores en 2022, utiliza litio y azufre en su proceso de generación de energía. La diferencia aquí es que no se utilizan otros metales pesados, como el níquel o el cobalto, y la batería en sí tiene un rendimiento mejorado con respecto a las variantes tradicionales de iones de litio. Esto se debe a que el cáñamo ayuda al cátodo a extender su vida a través de ciclos repetidos.
Las baterías a base de cáñamo también son más rentables y se está considerando su uso en vehículos eléctricos. Para obtener información sobre los diferentes tipos de baterías EV, consulte nuestro pieza dedicada al tema.
La industria de las baterías podría volverse mucho más ecológica en el futuro
Con alternativas tan prometedoras a las baterías de iones de litio ya en proceso, es emocionante pensar en el futuro de la industria de las baterías. Si tales alternativas se comercializan con éxito, podemos prevenir innumerables problemas ambientales y desastres. ¡Con todo, es un ganar-ganar para los reemplazos de iones de litio!
