Durante décadas, los investigadores han tenido dificultades para usar de forma segura el potente —pero inflamable— litio metálico en una batería. Ahora, John Goodenough, el padre de 94 años de la batería de iones de litio, afirma tener una solución novedosa que supondría un avance revolucionario.
Si demuestra ser viable, el invento podría permitir que los coches eléctricos compitan con los vehículos convencionales en precio de venta. La improbable solución, descrita en un nuevo artículo de Goodenough y tres coautores, ha despertado un gran interés entre las principales publicaciones científicas y tecnológicas. Según sus cálculos, la solución podría almacenar entre cinco y diez veces más energía que las baterías estándar actuales de iones de litio. Es suficiente para que Eric Schmidt, de Google, haya tuiteado sobre ella.
Sin embargo, otros destacados investigadores de baterías se muestran escépticos, e incluso desconcertados, ante la afirmación de Goodenough. Dicen que, para funcionar tal como se describe, su invento probablemente tendría que desafiar las leyes de la termodinámica, según las cuales el movimiento perpetuo es imposible. Esta ley ha sido un principio fundamental de las baterías durante más de siglo y medio.
La larga trayectoria de Goodenough ha definido la industria moderna de las baterías. Los investigadores dan por sentado que sus mediciones son exactas. Pero nadie fuera del propio grupo de Goodenough parece entender su nuevo concepto. A la comunidad de investigadores de baterías le cuesta cuestionar abiertamente el artículo, aunque algunos casi lo hacen. «Si esto lo hubiera publicado alguien que no fuera Goodenough, yo estaría, bueno, es difícil encontrar una palabra educada», dijo a Quartz Daniel Steingart, profesor de Princeton.
Goodenough no respondió a los correos electrónicos. Pero, en una declaración difundida por la Universidad de Texas, donde ocupa una cátedra de ingeniería, dijo: «Creemos que nuestro descubrimiento resuelve muchos de los problemas inherentes a las baterías actuales. El coste, la seguridad, la densidad energética, las tasas de carga y descarga y la vida útil en ciclos son factores clave para que los coches eléctricos se adopten más ampliamente». Además, Helena Braga, autora principal del artículo, insistió en un intercambio de correos electrónicos en que las afirmaciones del equipo son válidas.
Goodenough destaca en el mundo de las baterías
Durante casi cuatro décadas, Goodenough ha dominado el mundo de las baterías avanzadas. Si alguien pudiera lograr por fin el avance que permita disponer de electricidad almacenada a bajo coste en los coches y en la red, todo apunta a que sería él. Goodenough inventó el corazón de la batería que, casi con toda seguridad, alimenta el dispositivo en el que estás leyendo esto. Se trata del cátodo de óxido de litio y cobalto, inventado en 1980 y comercializado por Sony en 1991. Una y otra vez, el laboratorio de Goodenough ha logrado descubrimientos espectaculares que confirman su genio.
Aun así, las baterías siguen sin estar a la altura. La tecnología deficiente de las baterías quizá sea el mayor obstáculo para la fabricación generalizada de coches eléctricos. Las baterías cuestan demasiado, tardan mucho en cargarse y no permiten que los conductores recorran suficiente distancia.
De ahí el entusiasmo por el nuevo artículo publicado por Goodenough y su equipo en Energy and Environmental Science. Un comunicado del 28 de febrero de prensa de la Universidad de Texas informó que habían descubierto cómo incorporar un electrodo —un ánodo— hecho de litio o sodio metálico puro, un objetivo prioritario desde hace décadas por la energía potencial de estos materiales. Una de las claves es usar vidrio como electrolito, la sustancia que conecta los dos electrodos de una batería y facilita el desplazamiento de iones para generar electricidad.
Goodenough informó que su nueva celda de batería había logrado, en un caso, multiplicar por 10 la densidad energética —la cantidad de energía almacenada— y, en otro, triplicarla. En un experimento, Goodenough calcula que la densidad es 30 veces superior a la mejor que ofrece hoy una batería de iones de litio: 8.500 vatios-hora por kilogramo. Además, esto se consiguió sin materiales exóticos, sino con sodio y azufre baratos. Eso significa que, a diferencia de muchos otros avances anunciados en el campo de las baterías, esta sí podría utilizarse en coches a precios asequibles para el mercado general.
Aun así, el artículo ha desconcertado a los investigadores de baterías
Lo que no se explica en el artículo es lo que ha dejado perplejos a algunos miembros de la comunidad de investigadores de baterías. ¿Cómo almacena energía la nueva invención de Goodenough? Las leyes conocidas de la física establecen que, para obtener energía, los distintos materiales deben producir reacciones electroquímicas distintas en los dos electrodos opuestos. Esa diferencia genera voltaje y permite almacenar energía.
Pero la batería de Goodenough tiene litio o sodio metálico puro en ambos lados. Por lo tanto, el voltaje debería ser cero y no producirse energía, dijeron a Quartz investigadores de baterías.
Goodenough afirma que la densidad energética es varias veces superior a la de las actuales baterías de iones de litio. Si no proviene de las reacciones de los electrodos, ¿de dónde sale la energía? El artículo no lo explica.
La física que no se explica llevaría a crear una batería que, una vez cargada, no necesitaría más energía para seguir suministrando electricidad, lo que violaría las leyes de la termodinámica. «Técnicamente, ha creado una máquina de movimiento perpetuo», dijo Venkat Viswanathan, profesor de la Universidad Carnegie Mellon en Pittsburgh, Pensilvania.
«Es algo parecido a la fusión fría. Aquí tenemos un experimento increíble», dijo Jeff Dahn, de la Universidad Dalhousie, destacado investigador cuyo laboratorio canadiense tiene un contrato con Tesla. «Existe una pequeña posibilidad de que sea correcto».
Steingart, el profesor de Princeton, ha publicado un largo ensayo sobre el artículo en Medium (véanse sus notas más abajo). Es uno de los investigadores que llaman «capacidad anómala» a la energía oculta de Goodenough. Tanto él como Dahn se preguntaron si se había filtrado oxígeno en la celda, convirtiéndola accidentalmente en una batería de «litio-aire», lo que explicaría el estallido de energía. Las baterías de litio-aire son otro santo grial para los investigadores, aún más difícil de alcanzar que el ánodo de litio metálico: nadie ha logrado fabricar una que dure más de unos pocos ciclos.
Braga, autora principal del artículo, rechaza la explicación de la batería de litio-aire e insiste en que el concepto es sólido: «Bueno, si tenemos una batería de litio-aire, entonces tenemos una muy buena batería de litio-aire», dijo, señalando que el experimento duró cientos de ciclos, mucho más que cualquier batería recargable de iones de litio. Este es el diagrama al que se refiere Braga:
La historia de los avances en baterías —y, en particular, la trayectoria de Goodenough— está llena de sorpresas. En al menos dos casos —el desarrollo del decisivo cátodo de óxido de manganeso y el del cátodo de fosfato de hierro—, Goodenough no creyó al principio a sus investigadores posdoctorales cuando propusieron esas tesis, pero luego se demostró que estaba equivocado.
En un intercambio de correos electrónicos, Steingart dijo: «No me cabe ninguna duda de que Goodenough y su equipo midieron lo que dicen haber medido, basándose en lo que creían que había en la celda. La pregunta es por qué el sistema se comportó de esa manera, y la explicación de por qué ocurrió plantea muchas preguntas».
