Imaginar que la batería de tu móvil dure más de trescientos años suena a ciencia ficción. Sin embargo, un equipo de materiales de la City University of Hong Kong y de la Southern University of Science and Technology ha demostrado en el laboratorio una batería acuosa ecológica que aguanta hasta ciento veinte mil ciclos de carga sin romperse.
La clave está en algo tan cotidiano como la salmuera que se usa para hacer tofu. En lugar de ácidos o bases agresivas, el grupo de Hui Chen, supervisado por Chunyi Zhi y Haiming Lv Lyu, usa agua con sales neutras de magnesio y calcio y combina esta solución con nuevos materiales orgánicos para los electrodos. El resultado es una celda que, según los autores, almacena energía durante mucho tiempo y es mucho menos tóxica cuando llega el momento de tirarla.
Por qué hace falta otra generación de baterías
Muchas baterías comerciales dependen de líquidos muy corrosivos. Esos electrolitos ayudan a mover las cargas eléctricas, pero también atacan las piezas internas y, cuando el dispositivo acaba en la basura, pueden filtrarse al suelo y al agua. El problema no es solo cuánto duran, sino qué dejan atrás.
Incluso las llamadas baterías acuosas suelen usar soluciones ácidas o alcalinas. Según explica el equipo en su trabajo, estas mezclas desencadenan reacciones secundarias que acortan la vida útil y vuelven más complicado su reciclaje. Desde los años noventa, investigaciones en revistas como Science y Nature Reviews Materials han insistido en que la próxima ola de almacenamiento electroquímico necesita sistemas más seguros y fáciles de gestionar al final de su vida.
Una batería de agua con “salmuera de tofu”
La nueva propuesta cambia ese enfoque. En lugar de un líquido agresivo, el electrolito es agua con sales neutras de magnesio y calcio, los mismos minerales que se usan como salmuera en la producción de tofu. El electrolito es, dicho de forma sencilla, el líquido interior que permite que los iones se muevan de un lado a otro cuando cargas o descargas la batería.
Al mantener este líquido en un pH cercano a siete, es decir, neutro, se reducen en gran medida las reacciones corrosivas que destruyen la celda desde dentro. El equipo señala que el electrolito cumple normas ambientales como GB 18599-2020, ISO 14001 y la ley estadounidense de residuos RCRA, lo que apunta a un riesgo menor si se descarta de forma controlada en comparación con baterías convencionales.
Qué hay dentro de la nueva celda
El otro avance clave está en el electrodo negativo. En lugar de metales clásicos, los investigadores han diseñado polímeros orgánicos covalentes, redes sólidas de moléculas de carbono que recuerdan a un plástico poroso capaz de “guardar” iones en su interior. El material elegido, llamado Hexaketone tetraaminodibenzo p dioxin o Hex TADD, incluye enlaces que donan electrones y facilitan la conducción.
En la práctica, este polímero funciona como una esponja ordenada que captura y libera iones de magnesio y calcio sin romperse. Para el electrodo positivo, el grupo usa un análogo azul de azul de Prusia, un pigmento conocido en pintura que también se ha estudiado en otras baterías acuosas de iones multivalentes. Esta combinación orgánica y “pictórica” da lugar a una celda completa que trabaja en condiciones neutras y mantiene un voltaje en torno a dos coma dos voltios.
Resultados de laboratorio y vida útil teórica
En las pruebas, la batería se mantuvo estable durante ciento veinte mil ciclos de carga y descarga. Si se usara una vez al día, esa cifra equivale a más de trescientos años de servicio teórico, aunque en la vida real siempre hay factores que recortan esas cuentas tan limpias. Aun así, los expertos suelen considerar notable que una batería aguante unos pocos miles de ciclos, por lo que el salto es evidente.
La celda logra una capacidad específica de unos ciento doce coma ocho miliamperios hora por gramo, un valor alto para una batería orgánica acuosa que usa agua como medio. El equipo calcula una energía específica de hasta cuarenta y ocho coma tres vatios hora por kilogramo si se tiene en cuenta toda la masa de electrodos y electrolito. “Comparada con los sistemas acuosos actuales, la nueva batería ofrece una estabilidad a largo plazo excepcional y un mejor respeto por el medio ambiente en condiciones neutras”, escriben los autores.
Lo que falta para verla fuera del laboratorio
A pesar de los buenos datos en el banco de pruebas, el propio grupo reconoce que todavía hay obstáculos claros. Uno de ellos es aumentar la cantidad de energía que se puede guardar en un volumen pequeño, algo crucial si algún día se quiere competir con las baterías de litio en dispositivos portátiles o coches. Otro reto es fabricar estos polímeros orgánicos de manera barata y a gran escala, no solo en lotes de laboratorio.
Otros estudios sobre baterías acuosas orgánicas y sistemas multivalentes publicados en los últimos años coinciden en que la escalabilidad y la densidad de energía son los grandes cuellos de botella. Por eso, por ahora, el escenario más realista para tecnologías como esta se sitúa en el almacenamiento estacionario, donde el espacio pesa menos que la seguridad y la facilidad de reciclaje. Al final del día, lo que intenta hacer este trabajo es abrir una vía en la que cargar con agua y sales comunes sea más seguro para la red eléctrica y para el entorno en el que vivimos.
El estudio principal se ha publicado en Nature Communications.
