Aumentan con champiñones el rendimiento de las baterías

La escalada creciente de smartphones, vehículos eléctricos y todo tipo de dispositivos electrónicos se topa con un obstáculo: la batería. Mientras mejoran en diseño, potencia y prestaciones, todavía se les resiste la autonomía. Hasta ahora, el estándar de la industria actual para baterías recargables de iones de litio es el grafito sintético. Sin embargo, aunque este material tiene atributos comercialmente ventajosos, como la estabilidad que ofrece en bicicletas o el bajo nivel de histéresis, también tiene sus inconvenientes.

Es por ello que se hace cada vez más necesaria una fuente barata y sostenible con que reemplazar el grafito. Un equipo de investigadores de la Universidad de California en Riverside (UCR) plantea el uso de hongos, que son fáciles de producir, de bajo coste y no contaminantes. En concreto, el estudio se ha llevado a cabo con champiñones portobello, una variedad de seta común de la misma familia que el champiñón blanco (Agaricus Bisporus).

Como ellos, son varias las investigaciones que han centrado su atención recientemente en buscar alternativas al grafito en la biomasa, un material biocombustible creado a partir de restos naturales, bien sean forestales o agrícolas. Las emisiones de CO2 que se producen, al proceder de un carbono retirado de la atmósfera en el mismo ciclo biológico, no alteran el equilibrio de la concentración de carbono atmosférico, y por tanto no incrementan el efecto invernadero. Así, su uso no es sólo más respetuoso que los combustibles fósiles, además de suponer un menor gasto, sino que contribuye a reducir las emisiones de CO2 a la atmósfera.

A partir de ahí, los ingenieros de la UCR se sintieron atraídos por el uso concreto de la piel del champiñón portobello maduro para producir biomasa, ya que investigaciones anteriores determinaron que las estructuras son muy porosas, lo que significa que tienen muchas oquedades para permitir el paso de líquido o aire. Esa porosidad es importante para las baterías, ya que crea más espacio para el almacenamiento y la transferencia de energía, componente fundamental para mejorar el rendimiento.

Insostenibilidad del grafito

Según explica la UCR en un comunicado, el trabajo toma por hipótesis que la clave reside en los ánodos, es decir, el electrodo en el cual se produce la reacción de oxidación de las baterías. En el modelo estándar de fabricación de baterías de iones de litio recargables, el ánodo suele estar compuesto por láminas de grafito sintético, lo que supone un alto coste de fabricación, pues deben someterse a tediosos procesos de purificación y preparación, sin contar el perjuicio para el medioambiente.

En cifras, se necesitarían cerca de 900.000 toneladas de grafito natural bruto para fabricar los ánodos de los casi seis millones de vehículos eléctricos que se espera salgan al mercado en 2020. A ello habría que sumar el tratamiento con productos químicos agresivos, incluyendo ácidos fluorhídrico y sulfúrico, un proceso que genera grandes cantidades de residuos peligrosos. Tal es así, que la Unión Europea prevé que la actuación será insostenible en el futuro.

Por el contrario, esta investigación se centra en estructuras de nanocarbono derivadas de materiales de origen natural, como puede ser la piel del champiñón, erigiéndose como una alternativa ecológica y sostenible. Para conseguirlo, sometieron el material a temperaturas superiores a 900 grados mediante pirolisis, que consiste en descomponer la biomasa utilizando el calor sin oxígeno.

Los poros formados varían en tamaño de subnanómetros a decenas de nanómetros. Esa porosidad es importante para las baterías, ya que crea más espacio para el almacenamiento y la transferencia de energía, componente fundamental para mejorar el rendimiento. Además, la alta concentración de sal de potasio en los hongos propicia con el tiempo un aumento del material electrolito activo mediante la activación de más poros, con lo que se amplía gradualmente la capacidad de que sean sometidos a ciclos de carga / descarga adicionales.

"Con materiales de este tipo en las baterías, los teléfonos móviles del futuro podrían mejorar su capacidad después de muchos usos en lugar de reducirla, al activarse poros ciegos en las estructuras de carbono con cada carga y descarga a lo largo del tiempo", asegura Brennan Campbell, estudiante de Ingeniería participante en la investigación, cuyos resultados se resumen en un documento recién publicado en la prestigiosa revista Nature.

Estudios paralelos

Este trabajo vinculado a las setas se publica poco más de un año después de que el mismo equipo desarrollara una batería de iones de litio basada en la arena de playa como materia prima natural. En este proyecto, el primer paso es purificar la arena para convertirla en un material energético útil. Después se añade sal y magnesio, encargados de absorber el calor y eliminar el oxígeno del cuarzo, dando lugar a la creación de un nanosilicio puro también con textura porosa.

En teoría, el material resultante no solo aumenta la duración de las baterías, sino que la triplica respecto a una de las convencionales. Además de que, al igual que el de los champiñones, se trata de un proceso sostenible y respetuoso con el medioambiente.

En esta línea, el equipo trabaja ahora en el desarrollo de prototipos de baterías de petaca basados en ánodos de nanosilicio. Mientras tanto, la Oficina de Comercialización de Tecnología de la UCR ha presentado patentes para las dos invenciones anteriores.