CIC energiGUNE avanza en baterías sostenibles creadas con grafeno

El almacenamiento de la energía es una de las claves de la movilidad sostenible y de la transición energética de los próximos años. Uno de los centros de referencia internacionales en esta materia, CIC energiGUNE, situado en Miñano, dentro de la Red de Parques Tecnológicos de Euskadi y la alianza BRTA, ha finalizado una investigación que profundiza en la incorporación de baterías de grafeno y otros materiales sostenibles en baterías que puedan convertirse en la alternativa a las de ion-litio, hoy las más utilizadas en movilidad eléctrica.  

Lo hace con la creación de una batería recargable de sodio-aire que utiliza una biotinta de grafeno en forma de aerogel. Las baterías metal-aire (entre las que se encuentran las de sodio-aire) están consideradas como unas de las alternativas más adecuadas a largo plazo para la movilidad eléctrica, con futuro dentro de la movilidad sostenible por su mayor capacidad de autonomía que las de ion-litio, las utilizadas hoy en día y que tienen menos densidad que las de metal-aire (una menor densidad supone menor capacidad para recargarse, pasado el tiempo).  

Se habla de metal-aire porque la reacción se produce entre el metal y el oxígeno, lo que disminuye el coste de fabricación de las celdas. Con los cátodos de grafeno –que presentan conductividades electrónicas elevadas- se podrían alcanzar densidades de energía un 2,5 superiores a las baterías de ion-litio y el precio se mantiene, algo que podría cambiar con producción a gran escala de grafeno, lo que reduciría el coste.  

“Hoy por hoy la tecnología de metal-aire dista de llegar en un futuro cercano a ser aplicada ya que su ciclabilidad [durabilidad] es baja. Pero no deja de ser una tecnología muy interesante para su implantación en un futuro ya que es la que presenta una densidad de energía teórica más parecida a los combustibles fósiles”, explica Daniel Carriazo, responsable de la línea de Supercondensadores de CIC energiGUNE, investigador Ikerbasque y co-líder del grupo de trabajo que avanza en esta materia dentro del proyecto europeo Graphene Flagship. En esta investigación colaboran también el INCAR-CSIC y el Trinity College de Dublín, para desarrollar materiales de grafeno que se puedan utilizar en dispositivos de almacenamiento de energía.  

La técnica se basa en crear una tinta -es una suspensión de grafeno exfoliado electroquímicamente- que se utiliza para preparar los electrodos en dos tecnologías distintas de almacenamiento de energía. Por un lado, la tinta sobre un sustrato PET que se utiliza en supercondensadores EDLC -dispositivos electroquímicos-. Por otro, la tinta se congela y liofiliza para crear un aerogel de grafeno muy poroso, que se ensambla directamente en la celda de las baterías de sodio-aire. La alta porosidad del material facilita la difusión de oxígeno, lo que favorece que haya una reacción entre el sodio y el oxígeno. Esta tinta también se ha investigado para su impresión como electrodos para su uso en condensadores electroquímicos.  

Pasos hacia la sostenibilidad gracias al grafeno 

Desde el centro de investigación colaborativa explican que es una batería basada en material no tóxico y medioambientalmente sostenible porque “está formada por componentes inocuos y que tienen un bajo impacto medioambiental” en comparación con los anteriores, ya que en las baterías sodio-aire se utilizan el grafeno y el sodio. “Carecen de otros materiales cuya extracción supone un impacto medioambiental como el cobalto”, subrayan.   

La investigación que han realizado demuestra que esta biotinta mejora el rendimiento de las baterías y de los supercondensadores. Pero es considerada una solución a futuro, porque todavía debe afrontar nuevos retos que relata Carriazo: “es necesario incrementar la ciclabilidad y reversibilidad de dichos dispositivos; el uso de grafeno se ha visto que tiene un impacto positivo en el rendimiento de estas baterías, pero debe combinarse con el desarrollo de electrolitos que permitan una mayor estabilidad y ciclabilidad”. 

Euskadi es una de las regiones que está apostando por la implantación del grafeno, con múltiples investigaciones al respecto e incluso con empresas dedicadas específicamente a este material, como Graphenea, situada en el Parque Tecnológico de Miramón, dentro de la Red de Parques Tecnológicos de Euskadi, con capacidad para producir materiales a partir del grafeno similares a los de la investigación de CIC energiGUNE. Sus aplicaciones abarcan desde el sector de las biociencias y la salud hasta la energía, ambos identificados dentro de los sectores dentro de la estrategia de especialización inteligente RIS3 de Euskadi.  

El Grupo SPRI impulsa la I+D de las empresas vascas con herramientas, activos, ayudas, grupos de trabajo y alianzas con el fin de potenciar la investigación y generar nuevas tecnologías, con programas como Elkartek, Emaitek o Hazitek, cuya información puedes obtener aquí.