El litio fue revolucionario para las baterías de los móviles y los científicos ya buscan a su sucesor: estos son los mejores candidatos

El futuro de los móviles no pasa solo por hacerlos más potentes, sino también por darles la mayor autonomía posible. Ahí tiene mucho que decir la eficiencia del dispositivo, aunque la clave está, obviamente, en la batería. El desafío está en hacer baterías con más capacidad sin que eso implique llevar un armatoste en el bolsillo. Hay marcas como Realme y su móvil con 10,000 mAh que lo están consiguiendo, pero todavía queda mucho trabajo por delante.

Más allá del tamaño, la verdadera clave para resolver este problema está en la tecnología que utiliza la batería. Aquí el litio es el principal elemento que se utiliza hoy en día, aunque vemos cómo se utiliza con otros elementos como el silicio o el carbono. Tarde o temprano el litio quedará relegado a un segundo plano, aunque no está claro cuál será su sustituto. Hay muchos candidatos, aunque no todos son igual de viables.

¿Por qué es necesario encontrar una alternativa al litio?

Que haya tantas vías de investigación para encontrar un sustituto a las baterías tradicionales de iones de litio no es ninguna casualidad. Esta tecnología alimenta dispositivos de todo tipo, no solo teléfonos móviles: también portátiles, tablets, relojes inteligentes e incluso coches eléctricos, una industria que está en pleno auge y para la que es clave. Eso implica que se trata de un material que tiene una demanda altísima y que cada vez es mayor, todo un problema para un recurso que, como todo, es finito.

Sin meternos en geopolítica, el hecho de que no haya fuentes de litio repartidas en todo el mundo también es un problema. La mayoría de yacimientos está repartida en lo que se conoce como el Triángulo del Litio, formado por Argentina, Bolivia y Chile, un país este último con una enorme cantidad de reservas que nadie quiere explotar.

Esto genera una batalla complicada por encontrar suministro y que también dificulta obtener esta materia prima, además de una batalla de precios. Además, la fabricación de las baterías tampoco está repartida de forma equitativa en el mundo. Ahora mismo, la potencia absoluta es China, que ocupa el 80% de la cuota de mercado, tal y como se puede ver en el siguiente gráfico.

Imagen: Benchmark Mineral Intelligence

Una de las razones de utilizar baterías de ion de litio es que tienen una alta densidad energética, o dicho de forma sencilla, son una fuente de energía bastante compacta. Como decíamos más arriba, esto es importante en dispositivos como los móviles, unos que tienen a ser cada vez más delgados. El problema en este punto es que parece que las baterías de este tipo han alcanzado su techo, por lo que es complicado hacerlas de más capacidad sin aumentar demasiado el grosor.

Más madera para buscar una alternativa: es una tecnología que alberga riesgos. En condiciones normales y con un buen cuidado, un dispositivo con batería de ion litio es seguro. Ahora bien, eso no quita que exista cierto riesgo de incendio o explosión, uno que puede provocar tanto daños personales como materiales.

Por último, no podemos olvidar el impacto ambiental que tiene el litio, tanto a la hora de la extracción como la contaminación que puede producir una batería mal desechada. Además, no es una tecnología fácil de reciclar y recuperar, aunque ahí también está a la vanguardia China. Avanzar en esta vía es clave, puesto que dentro de diez años podríamos llegar a desechar hasta 150 millones de baterías.

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Tenemos baterías sustitutas que ya están muy avanzadas

Ahora que ya entendemos los motivos que hay para sustituir las baterías de ion litio, toca hablar de las tecnologías (experimentales o no) que pretenden ser sus sustitutas. Hay muchísimas, aunque no todas son igual de viables a gran escala. Vamos a hacer un repaso por las que están más cerca de ser una realidad.

Baterías de estado sólido

Una alternativa muy real. Las baterías de estado sólido comparten muchos puntos en común con las actuales baterías de litio, tanto que podrían considerarse casi una evolución. Estas últimas están compuestas de celdas que tienen dentro dos electrodos sumergidos en un semiconductor líquido, uno que generalmente es sal de litio. Las baterías de estado sólido, como su nombre indica, cambian ese semiconductor por uno de estado sólido.

Este cambio hace que estas baterías sean potencialmente más seguras, así como también capaces de tener una mayor densidad energética. No solo eso, sino que además prometen ofrecer un muy buen nivel de carga e incluso un ciclo de vida más largo. Son muchas las compañías y entidades que están trabajando en desarrollar una batería de estado sólido que se pueda producir en masa, incluso en versiones en miniatura la de Samsung.

Un prototipo de batería de la compañía Yoshino (Imagen: Yoshino)

El futuro de estas, sin embargo, todavía puede estar muy lejos. Actualmente, estas baterías presentan algunos escollos importantes, puesto que es una tecnología que está lejos de estar perfeccionada, como ocurre con el litio.

Baterías de litio-azufre

De las baterías de litio aparece también una alternativa a las versiones clásicas que no prescinde del todo de este elemento. Uno de los electrodos (concretamente, el ánodo) sigue siendo de litio, dejando el cambio sustancial para el cátodo, que en esta alternativa es de azufre. Ahí justo está la ventaja de esta alternativa, puesto que las baterías convencionales utilizan en el cátodo elementos como el níquel o el cobalto, mucho más difíciles de obtener.

Pese a que la abundancia de azufre en el mundo es una ventaja muy interesante, no es la única de esta alternativa. Además de esto, son baterías con una alta densidad de energía, lo que las permitiría tener una gran carga en un espacio reducido. Estas ya existen a un nivel bastante más elevado que las de estado sólido, habiendo incluso una versión capaz de retener el 80% tras 25.000 ciclos.

Por supuesto, también tienen su lado negativo. Este tipo de baterías tienden a mostrar una mayor degradación en términos generales por culpa del azufre, que es menos eficiente como cátodo. De entre todas las alternativas, una de las más realistas.

Baterías de carbono-silicio

Una alternativa muy real que ya existe y que ya está presente en varios dispositivos, como el Realme con 10.000 mAh que nombrábamos más arriba. En ellas, el ánodo de grafito es sustituido por una combinación de los dos elementos que dan nombre a la batería. Gracias a esta mezcla, se logra una densidad de energía mayor que en las baterías de litio convencionales, de ahí que pueda haber dispositivos con mucha capacidad de batería sin aumentar el grosor.

Este batería es una de las mayores candidatas a corto plazo para sustituir a las baterías de litio. Aquí quizás el problema está en que todavía no se ha podido dar con la tecla para su fabricación a gran escala, hecho por el cual todavía no son muchos los fabricantes que se han lanzado a producirlas.

Baterías de sodio

Si hablamos de tecnologías que ya sean una realidad en su afán por sustituir al litio, puede que las baterías de sodio sean una de las alternativas más destacadas. Decimos esto porque ya hay algunas compañías como CATL que tienen diferentes modelos con esta tecnología. Aquí tampoco hay ningún tipo de dependencia del litio, puesto que el principal elemento de estas baterías es el sodio.

En este caso, también tenemos en el eje un elemento que se encuentra en la naturaleza de forma más sencilla que el litio. Además, son baterías que se caracterizan por resistir mejor las temperaturas, tanto demasiado bajas como demasiado altas. Como alternativa para las baterías de litio para coches ya es una realidad, pero no ocurre lo mismo para teléfonos móviles y otros dispositivos compactos.

Primera generación de baterías de sodio de CATL (Imagen: CATL)

Eso se debe a que las baterías de sodio tienen una menor densidad energética, por lo que se necesitan montar celdas de mayor tamaño (de ahí que hayan llegado a vehículos grandes). Además, también ofrecen una menor vida útil que el litio. Está claro que es una alternativa que tiene mucho futuro, aunque en este caso todavía se necesita trabajo por delante para llegar a los teléfonos.

Baterías de grafeno

La alternativa de las baterías de grafeno lleva sonando mucho tiempo en la industria, aunque todavía no es una realidad. Saltar a baterías que utilicen este elemento sería todo un avance, puesto que el grafeno tiene una densidad energética mucho mayor a la del litio.

Además, el grafeno también propiciaría baterías con cargas rápidas elevadas y con una gran vida útil. El problema es el de siempre: no existe ahora mismo una forma de producir estas baterías a gran escala sin invertir una cantidad de dinero estratosférica.

Hay otras propuestas, aunque están más lejos de ser una realidad

Junto a las alternativas anteriores, hay otras que también prometen mucho como sustitutas de las baterías de litio. El problema de estas es que todavía están lejos de ser una realidad, aunque no por ello hay que descartarlas de la quiniela. Vamos a hacer un repaso por las más importantes.

Baterías de calcio-azufre

Esta batería también utiliza el azufre como uno de sus electrodos, aunque en este caso sustituye el litio del otro por el calcio. Estas baterías, llamadas de calcio-azufre, se presentan como una alternativa que lo que busca claramente es, al contrario que las anteriores, no depender nada absolutamente del litio.

El DLR Alemán se encuentra trabajando en un prototipo de esta batería (Imagen: DLR)

Ambos materiales, azufre y calcio, abundan en diferentes partes del planeta. Además, el calcio, en teoría, es capaz de producir un rendimiento de batería similar al litio, por lo que en ese sentido son todo ventajas. El principal problema que tiene este tipo de batería es encontrar un electrolito adecuado, puesto que de lo contrario la reactividad del calcio podría acabar siendo un problema para su vida útil.

Baterías de aluminio

Otra alternativa muy interesante, todavía en un estado muy temprano, es la batería de aluminio. Esta, que utiliza los iones de este elemento, es capaz de ofrecer una densidad energética mucho mayor que las baterías de litio. Además, aquí tenemos un caso de un material que es mucho más común que otros que hay en esta lista, puesto que el aluminio es uno de los que más abundan en la tierra. Queda mucho trabajo por delante, pero podríamos tener noticias positivas en los próximos años.

Baterías de magnesio

Como ocurre con la batería de aluminio, también hay una alternativa que utiliza iones de otro elemento, aunque en este caso del magnesio. Esta batería sigue una línea de estudio muy similar a la anterior, puesto que el magnesio también está muy presente en la corteza terrestre, además de que también tiene, potencialmente, una gran densidad energética.

Es una tecnología que todavía se encuentra en pañales, presentando además los mismos problemas de la batería de aluminio: puede ser complicado encontrar los electrolitos adecuados para ella y también es complicada su producción en masa.

Baterías de quitina

Por el nombre del elemento, quizás es una de las alternativas más raras de toda la lista. La quitina es un polisacárido que lo tiene todo para ser un buen sustituto del litio, aunque quizás lo más sorprendente es donde lo podemos encontrar muy presente: en el exoesqueleto de los artrópodos. Se trata de un elemento que, combinado con el zinc, es perfecto para la producción del electrolito de las baterías.

Además, de cara a la sostenibilidad, estas baterías también serían muy interesantes por dos razones: la quitina es biodegradable y el zinc se puede reciclar. El problema de esta tecnología es las dificultades que presenta obtener la suficiente quitina como para producir baterías a gran escala, así como si es posible extraerla sin dañar demasiado al medioambiente.

Baterías de vanadio

Una empresa australiana, llamada VSUN Energy, está trabajando en una alternativa basada en el flujo de vanadio. También estamos lejos de ver esta comercializándose, pero se trata de un tipo de batería que sería capaz de ofrecer una vida útil de más de 10.000 ciclos, todo un avance. Es una tecnología segura y que está pensada para almacenar energía a gran escala.

Decimos esto último porque aquí está su principal problema: tiene una muy baja densidad energética. Eso quiere decir que el tamaño de la célula debería ser muy grande para tener una buena capacidad, algo que evidentemente no se lleva nada bien con la tendencia actual de los teléfonos móviles. Si llega a solventar este problema, podríamos estar ante una buena alternativa.

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Baterías atómicas

Una propuesta que suena a ciencia ficción, puesto que su baza es capaz de ofrecer 50 años de energía sin necesidad de una sola carga. Esto es lo que propone la empresa china Betavolt Technology, un invento que recibe el nombre de BV100 y que puede ser todo un avance para la ciencia. Ya existe un prototipo que, además de destacar por estas propiedades, también lo hace por su escaso tamaño: mide 15 x 15 x 5 milímetros. Y, además, utiliza un isótopo llamado níquel-63 que tarda unos 100 años en semidesintegrarse.

Evidentemente, todavía le queda un largo camino por andar. Ahora mismo, este invento es capaz de entregar 100 microvatios a 3 voltios, una energía insuficiente para dar vida a un teléfono móvil. Es cierto que se pueden usar varias de estas baterías unidas para ofrecer mayor energía, pero la compañía ya trabaja en versiones más potentes. 

Baterías con bacterias

Cerramos con la alternativa más rara y extraña de todas las que hay en este artículo. Hemos hablado de elementos de todo tipo, presentes en mayor o menor medida en la tierra. Sin embargo, hay una alternativa que están investigando en China que utiliza bacterias vivas para producir electricidad, por lo que estaríamos ante una alternativa que cambia radicalmente con respecto a las anteriores.

Este tipo de bio-baterías es muy prometedor si se llega a convertir en una realidad. Se trata de una opción muy interesante de cara al medioambiente, además de que es capaz de recargarse sola y son muy eficientes. Ahora bien, también hay que tener en cuenta que ofrece una densidad energética que no llega al litio, por lo que todavía queda un largo trecho por andar para esta tecnología. Eso sí, de llegar a ser una realidad estaríamos ante un gran avance científico.

El litio acabará por ser sustituido, aunque todavía es pronto

Como ya hemos dicho a lo largo de este artículo, hay razones más que de sobra para sustituir las baterías de litio convencionales. Toda la electrónica del mundo no puede depender de un recurso relativamente escaso en la Tierra, sobre todo mientras no avance la tecnología de reciclaje y recuperación. Sin embargo, todavía es pronto para ello, especialmente porque no hay ningún proyecto que esté lo suficientemente avanzado como para producirlo en masa.

De entre todos los candidatos a sustituirlas, el que mejores y más prometedores resultados está ofreciendo es el carbono silicio, seguido además del litio-azufre y de las baterías de estado sólido. Estos tres proyectos tienen muy buena pinta de cara al corto-medio plazo, aunque lo ideal para la sostenibilidad es que prosperen algunos de los proyectos que están todavía en una fase temprana, como es el caso de las bacterias.

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La noticia El litio fue revolucionario para las baterías de los móviles y los científicos ya buscan a su sucesor: estos son los mejores candidatos fue publicada originalmente en Xataka Móvil por Juan Lorente .