En el mercado actual, las baterías dominantes son las que utilizan la tecnología de ion litio. Sin embargo, existen algunas controversias relativas a la sostenibilidad, seguridad o coste de las mismas. Sobre esta línea, el grupo de investigación FQM-288 del Instituto Universitario de Nanoquímica IUNAN ha realizado un estudio enfocado en baterías recargables de magnesio como alternativa a las de litio, representando otra opción de almacenamiento para energía de fuentes renovables.
El objetivo ha sido estudiar un cátodo para estas baterías de magnesio, es decir, el polo positivo de una batería eléctrica. En una celda electroquímica, que es un dispositivo capaz de obtener energía eléctrica a partir de reacciones químicas, se distinguen varias partes: un ánodo, que es el electrodo negativo; un cátodo, el electrodo positivoy un electrolito. Como ánodo han utilizado el magnesio-metal y como cátodo, un compuesto polianiniónico (estructura robusta con enlaces covalentes), en concreto, el fluorofosfato de vanadio y sodio. El equipo de investigación destaca como resultado principal la presencia de una reacción de multielectronesreversible, es decir, un compuesto está poniendo más de un electrón. En este caso, se trata del vanadio, dando lugar a una densidad de energía ligeramente inferior a la mitad de la de las baterías de ion litio, incidiendo directamente en la durabilidad de la misma.
En este sentido, se ha analizado el mecanismo de reacción durante los primeros ciclos de carga y descarga de las baterías de duración aproximada que va de 20 a 50 horas respectivamente. La investigación concluye en la aplicación de las baterías de magnesio para almacenar energía de fuentes renovables como son la eólica o la fotovoltaica dada las limitaciones de las reacciones para el uso en transportes urbanos y vehículos eléctricos.
Las principales razones por las cuales han procedido al estudio con estas baterías son las ventajas que presentan. Entre ellas se destacan su mayor capacidad de almacenaje de energía y densidad energética; la abundancia de magnesio en la corteza terrestre; mayor seguridad, y estabilidad a largo plazo al no existir la formación de dentritas como sucede en las baterías de litio, es decir, pequeñas estructuras rígidas que crecen en el interior de una batería.
Gregorio Ortiz, coordinador de la investigación y profesor en la UCO, expone que la parte que interesa de una batería es su capacidad gravimétrica y el voltaje de la celda. “En función de estos dos parámetros vamos a hablar de una densidad de energía, que da lugar al tiempo que va a durar el funcionamiento de una batería como la de los móviles o vehículos eléctricos”, añade el investigador.
Para el desarrollo de la investigación, en la Universidad de Córdoba se ha llevado a cabo los cálculos teóricos, la electroquímica y la caracterización mediante resonancia paramagnética electrónica. Asimismo, se ha realizado elanálisis de la superficie de esos electrodos mediante las técnicas de espectroscopía de fotoelectrones de rayos X. Por su parte, en la Universidad de Xiamen (China) se ha ejecutado la síntesis y la caracterización estructural mediante resonancia magnética nuclear para detectar la presencia del vanadio en diferentes estados de oxidación (V3+-V5+) así como el entorno químico del fósforo, parámetros esenciales que le han definido el carácter multi-electrónico.
Este trabajo ha sido financiado por el Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades (MCIU); la Junta de Andalucía (grupo FQM-288); el Programa Nacional de Investigación y Desarrollo Clave de China; la Fundación Nacionalde Ciencias Naturales de China; el Ministerio de Educación y Formación Profesional a profesores e investigadores senior que desarrollan investigación en centros extranjeros, incluido el Programa Salvador de Madariaga.
Referencia
Rubio, S., Liang, Z., Liu, X., Tirado, José L.,Lavela, P.,Stoyanova, R., Zhecheva, E., Liu, R.,Zuo, W., Yang, Y., Pérez-Vicente, C., Ortiz, G. F.(2021).Reversible Multi-Electron Storage Enabled by Na5V(PO4)2F2 for Rechargeable MagnesiumBatteries. Energy Storage Materials. Vol. 38, pp. 462-472. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ensm.2021.03.035
