Liti, sofre i grafè

Investigadors de diverses Universitats i Instituts de recerca d’arreu del món i que inclouen Cambridge, Arizona, Beijing i altres, sembla que són en el camí de trobar les bateries del futur. Estan experimentant amb bateries recarregables amb ànode de liti i càtode de sofre, per substituir les bateries de ions de liti que ara tenim als telèfons mòbils, ordinadors portàtils i altres ginys. El canvi pot ser radical, i es pot quantificar si parlem en termes de densitat d’energia, que es mesura en watts hora per quilo. La densitat d’energia de les actuals bateries de ions de liti es troba entre 130 i 220 watts hora per quilo, la qual cosa significa que una bona bateria que pesi un quilo ens pot donar energia durant una hora per a un aparell electrònic que gasti 220 watts, o bé pot fer funcionar un dispositiu que gasti 55 watts durant 4 hores. Ara bé, els experiments diuen que les noves bateries recarregables amb ànode de liti i càtode de sofre assoleixen una densitat d’energia d’uns 2,600 watts hora per quilo, i per tant poden donar energia per a que el nostre dispositiu que gasta 55 watts funcioni durant més de 47 hores.

Els investigadors, però, van tenir un problema. L’electròlit anava dissolent el sofre del càtode, i cada cop la bateria anava pitjor. Després d’algunes recàrregues, el càtode havia desaparegut i la bateria havia mort. Ara bé, sembla que quasi tot té solució. La idea final va estar la d’embolicar i protegir els grànuls de sofre del càtode amb una capa porosa de grafè. Ho expliquen els autors d’aquest article científic, que presenta els resultats del seu projecte de recerca xino-anglès. L’embolcall de grafè permet totes les funcions electrolítiques mentre impedeix que el sofre es dissolgui. És el que es veu a la imatge de dalt, que he tret de l’article. Però a més de l’anterior, el grafè és conductor de l’electricitat i forma una veritable bastida d’alta conductivitat amb totes les propietats que requereix un bon càtode. El càtode d’aquestes noves bateries serà un material compost construït amb l’ajut d’ultrasons i que els autors anomenen “compost tridimensional tipus entrepà”. Les bateries del futur estaran plenes d’entrepans microscòpics de sofre embolicats en grafè. Quasi res!

La bona noticia, a més, és que els tres elements necessaris (liti, sofre, grafè) són força abundants a la natura. Les reserves de liti de Bolívia són realment importants, i no cal ni que parlem del sofre i del carboni, dos dels elements més fàcils de trobar a qualsevol indret. De fet, si la recerca sobre els càtodes de sofre embolicats en grafè arriba a bon port, tindrem a les nostres mans una de les primeres aplicacions pràctiques d’aquest material màgic, fet per una xarxa hexagonal d’àtoms de carboni distribuïts en dues dimensions.

La recerca de noves bateries és un tema de la màxima actualitat. Hi ha empreses que ja estan aprofitant les actuals tecnologies basades en ions de liti per oferir solucions útils i pràctiques per a les nostres cases. Aquí teniu, per exemple, l’anomenada Powerwall, que pot aportar fins a 7 quilowatts hora per al nostre consum quotidià, guardant energia solar o eòlica per a quan la necessitem.

No sabem quan serà, però crec que podem estar ben segurs que els propers anys viurem en directe la revolució de l’emmagatzematge d’energia. Potser tindrem aquestes bateries de liti i sofre amb grafè, o tal vegada el sistema que s’imposi sigui algun altre. Però si la densitat d’energia es multiplica per 10, podrem carregar els mòbils cada dues setmanes i els cotxes elèctrics tindran una autonomia de més de 500 quilòmetres. Finalment veurem el camí, net i clar, de les energies verdes. Quan tinguem aquestes noves bateries segur que també gaudirem de nous avenços en energia solar i eòlica que ens ho deixaran tot preparat per a fer el salt a les energies renovables i als sistemes distribuïts d’energia, tot plegat amb un bon grau d’autogeneració i autoconsum. El problema, però, serà el canvi i els conflictes que ben segur comportarà. Serà una revolució no només tecnològica, sinó també social i econòmica perquè els actuals interessos empresarials i polítics a favor dels combustibles fòssils són gegantins. Caldrà estar ben atents als moviments dels qui volen continuar xuclant petroli de la Terra amb tècniques com la fracturació hidràulica o altres, amb perspectives de guanys a curt termini i sense pensar en les conseqüències per als nostres besnéts (vegeu la nota al final).

Per cert, el papa Bergoglio diu que la tecnologia basada en combustibles fòssils molt contaminants necessita ser reemplaçada progressivament i sense dilació.

———

NOTA: Actualment hi ha un viu debat sobre les raons a favor i en contra del fracking o fracturació hidràulica. Sóc dels que pensa que el problema del fracking (a més de totes les seves implicacions geopolítiques) no és només degut a la contaminació química, sinó que és conceptual. En un moment en el que els experts del comitè IPCC de Nacions Unides demanen que es fixin terminis per a la substitució i eliminació dels combustibles fòssils i quan ja hi ha governs i administracions que s’han fixat l’objectiu d’eliminar totalment el petroli l’any 2050, el fet de posar en marxa nous sistemes d’extracció de petroli crec que és èticament reprovable.

1 comentari

  • Jordi Domènech

    28/06/2015 21:17

    M’he estat mirant el tema de les reserves de liti, i si bé és cert que per bateries d’ordinador o de telèfon, en tindríem per molts anys, si s’ha d’emprar en bateries per a cotxe tindríem un problema, les reserves són com d’uns dos kg per habitant del món.
    Potser la bateria de liti-grafè-sofre seria una solució, però a mig termini, transitòria, a l’espera de trobar altres solucions que no depenguin de recursos escassos o de baixa concentració. I això si és que tecnològicament es pot fabricar a un preu raonable i és cert aquesta millora de rendiment de més de deu respecte les d’ions de liti, que deu és moltíssim.
    He recordat, fa més de quaranta anys, quan feia química al «comú» de ciències, que el catedràtic ―un personatge molt especial, però que de química en sabia― ens va explicar que, teòricament, la bateria raonable amb més rendiment era la de sofre sodi. Y va afegir que la de liti sodi ―òbviament el grafè era desconegut, però dins la bateria és un material que crec que és més estructural que reactiu― serien encara més eficients, però massa cares per culpa del liti.
    És d’aquelles coses ―poques― que et queden i recordes el dia que un professor te les va ensenyar; segurament perquè estava desesperat amb el rendiment de les bateries de níquel cadmi de l’època que feia servir pels meus invents.
    I si fos possible amb sodi en lloc de liti, encara que el rendiment fos només cinc cops més gran que les bateries actuals ―especulo de mala manera―, sí que tindríem força solucionat el problema del cotxe elèctric.

Comenta

*

(*) Camps obligatoris

L'enviament de comentaris implica l'acceptació de les normes d'ús