No hi haurà liti per a tot: per on passa el futur de les bateries

De tant en tant apareixen notícies que afirmen que s'ha aconseguit un tipus de bateria que serà revolucionària i durarà setmanes, mesos o fins i tot anys sense necessitat de recàrrega.

Va passar fa gairebé deu anys amb les piles d'hidrogen per a mòbils i acaba de passar amb les bateries atòmiques que una empresa xinesa afirma que comercialitzarà d'aquí pocs anys.

No hi ha revolució alternativa a les bateries d'ió liti

El cert és que arreu del món hi ha equips desenvolupant tecnologies per fabricar bateries millors, però en el panorama actual encara no n'hi cap que pugui fer ombra a les d'ió liti.

Ho afirma l'expert en bateries recarregables de la UPC Lluc Canals Casals, que explica que s'està treballant en moltes alternatives, però que de moment no n'hi ha cap que permeti una nova revolució.

Segons Canals, no hi ha cap recerca en marxa que faci augurar una substitució a mitjà o llarg termini de les bateries d'ió liti, perquè totes són pitjors:

"Jo diria que li estem demanant una revolució a una cosa que acaba de ser una revolució, per dir-ho d'alguna manera. Sortiran coses i seran millors, però es necessitarà temps."

Canals recorda que les bateries d'ió liti es van començar a desenvolupar durant la dècada del 1990, que es va trigar uns deu anys a comercialitzar-les i que des de llavors s'han anat millorant cada cop més.

Les grans prestacions d'aquestes bateries han permès, entre moltes altres aplicacions, la conversió dels mòbils en telèfons intel·ligents, i també la popularització dels cotxes elèctrics.

Els avantatges i els inconvenients del sodi, el zinc i el sofre

Canals explica que les alternatives amb les quals es treballa per substituir el liti en l'electròlit són principalment el sodi, el zinc i el sofre, que tenen un gran avantatge: són elements molt abundants i barats, mentre que el liti és força escàs i car.

Un segon avantatge del sodi i el sofre és la seguretat: a diferència del liti, que és molt reactiu i explosiu, són molt més estables i, per tant, molt segurs, però algunes de les prestacions i l'eficiència "baixen en picat":

"Amb el zinc passa més o menys el mateix: és un material abundant i tampoc és tòxic, i per això s'està treballant en bateries basades en zinc, però de moment no són gens fiables."

Electròlits ceràmics o líquids, alternatives en desenvolupament

Això pel que fa a substituir el liti com a element base de l'electròlit, però també s'està treballant en altres alternatives, com fer servir un material ceràmic en comptes d'electròlit.

El resultat haurien de ser bateries més segures i també amb més densitat energètica, però és una alternativa que encara és a les beceroles i, de moment, no s'ha aconseguit que durin.

També s'està investigant en una alternativa per a cotxes: les bateries de reducció o de flux, que funcionen amb dos tancs de líquid que fa circular l'electròlit, que es poden carregar de dues maneres:

"Només has de canviar el líquid i ja la tens carregada, ja pots tornar a funcionar, però si tens temps, fas el procés invers i la carregues aportant-hi energia, com en una bateria comuna."

El problema és que aquest tipus de bateria requereix dos dipòsits grans per tenir prou capacitat, i també és força complexa, perquè necessita motors per fer circulars els líquids, cosa que comporta menys eficiència i més possibles avaries.

Provar elements alternatius com a càtode i com a ànode

Altres equips de recerca estan experimentant amb elements alternatius per a les altres dues parts essencials de les bateries, l'ànode i el càtode.

L'ànode habitualment és de grafit i s'està intentant fer-lo de silici, però no s'hi guanya gaire, mentre que el càtode, que inicialment es basava en el cobalt, té més marge de canvi.

Per substituir-los s'han desenvolupat i comercialitzat models amb manganès, titani, níquel o un derivat del sofre, però de moment amb resultats poc prometedors, malgrat que fa molts anys que s'hi treballa.

L'escassetat del liti i el cobalt, una gran limitació

Lluc Canals recorda que tant el cobalt com el liti són elements escassos i que això no ha estat gaire problemàtic en les bateries de mòbil i altres, però sí amb les de cotxe, que exigeixen molta més quantitat de materials.

En aquest sentit, adverteix que molt probablement caldrà desenvolupar algunes de les alternatives, no perquè siguin millors, sinó perquè les d'ió liti estan limitades pel liti i el cobalt disponibles:

"No podrem tirar de les bateries de liti, que són les més punteres i amb més bones prestacions, perquè no hi haurà prou material per fer-ne tantes. Per tant, s'han de buscar elements més abundants."

Canals posa com a exemple les bateries desenvolupades per l'empresa xinesa BYD, el fabricant més gran del món de cotxes elèctrics, i que en comptes de cobalt fa servir ferro.

En canvi, les bateries de liti que fa servir Tesla, per exemple, són molt similars a les piles AA que hi ha al mercat, amb milers d'unitats petites interconnectades que permeten arribar a la capacitat i a la potència que requereixen els vehicles.

L'eficiència de les bateries d'ió liti, gairebé insuperable

En aquest sentit, Canals assegura que ara mateix la recerca que es fa al món està centrada en les bateries de cotxe, per aconseguir superar les limitacions actuals de seguretat i disponibilitat.

En tot cas, destaca que pràcticament cap alternativa ha arribat a una eficiència superior al 70%, mentre que la de les d'ió liti és molt alta, per sobre del 90% i en molts casos fregant el 100%:

"Gairebé no es perd energia, és fantàstica, i és molt difícil de superar; per això ha revolucionat el món i ha permès fer l'electrificació de tot plegat."

També destaca que es poden carregar fins a 6.000 vegades, cosa impensable amb les anteriors tecnologies, i tenen molta densitat d'energia i de potència, que són els paràmetres que encara es poden millorar amb diferents combinacions de materials.

Pel que fa als anuncis periòdics de descobriments que prometen bateries revolucionàries, Canals els situa en la necessitat de les empreses per fer-se valdre en el mercat.

També explica que no necessàriament els percentatges de millora que diuen són falsos, però que quan se situen en el context d'una bateria real, baixen molt, i acostumen a ser molt més petits.

Una bateria atòmica que dura 50 anys sense carregar-se?

Un cas força recent i molt cridaner ha estat l'anunci de l'empresa xinesa Betavolt, que ha desenvolupat una bateria atòmica "per a ús civil" que durarà 50 anys sense necessitat de carregar-la mai.

En l'anunci van assegurar que l'havien desenvolupat amb un isòtop radioactiu, el níquel 63, i amb un semiconductor de diamant de quarta generació, que la fan molt eficient i segura.

Van admetre que la potència del prototip, més petit que una moneda, era de només de 100 microwatts, però van afegir que el 2025 en tindrien un d'1 watt, cosa que possibilitaria que "els drons puguin volar contínuament".

Però Guillem Cortes, enginyer nuclear de l'Institut de Tècniques Energètiques de la UPC, posa en dubte que puguin fabricar una bateria de mida raonable per a mòbils, per exemple:

"Un mòbil té un consum d'1 watt en repòs, i quan està funcionant pot ser d'entre 2 i 4 watts. Per arribar a un watt necessites 10.000 mòduls com aquest de 100 microwatts."

Valdria desenes de milers d'euros i seria una font radioactiva

Tot i això, Cortes veu viable que es pugui arribar a fabricar, però la quantitat de radiació que contindria faria legalment necessari declarar-ho com a font radioactiva i contractar un supervisor.

A més, el níquel 63 no existeix a la natura, s'ha de fabricar i té un cost prohibitiu, d'uns 4.000 euros cada gram. Segons Cortes, caldrien uns 60 grams per poder fabricar una bateria per a mòbil.

Tot plegat convertiria aquestes bateries elèctriques en objectes de luxe, a l'abast només d'unes quantes butxaques, lluny de ser una alternativa generalitzable.

En realitat, fa moltes dècades que existeixen bateries atòmiques, que de fet són piles, perquè no es poden recarregar, però que, tot i això, produeixen electricitat durant molts anys.

En són un exemple les que s'instal·len a les naus que es llancen a l'espai, o les que s'han posat en marcapassos des de fa més de 50 anys, com el d'aquesta fotografia:

Necessitem bateries amb més capacitat?

Lluc Canals Casals recorda un altre cas d'anunci revolucionari: fa 20 anys es va assegurar que el grafè permetria fabricar bateries molt més eficients, una promesa més que fins ara s'ha quedat pendent de complir.

Però també recorda que la generació anterior, la de les bateries de níquel, duraven molt més, fins a una setmana, tot i que tenien molta menys capacitat.

La diferència és que els mòbils que les portaven gastaven molt menys i, quan hem tingut bateries amb més capacitat, les pantalles s'han anat fent més grosses i també les prestacions dels aparells:

"La tecnologia és una arma de doble tall: és enlluernadora perquè et soluciona un problema avui, però te'n reserva un de més gran per a demà; és el que passa sempre, sempre, sempre."

Segons Canals, no és un problema tecnològic, sinó psicològic o social, perquè quan es disposa de més capacitat, l'opció que es pren és fer-la servir tota, i sempre n'acaba i n'acabarà faltant més.