Línea de tiempo: cómo avanzó la ciencia hasta descubrir la batería de litio

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Las baterías de litio hoy son las más comunes en los dispositivos tecnológicos, pero cuando se inventaron pasaron desapercibidas. 

Aunque el mineral se descubrió en 1818 fue en 1972 cuando el químico M. Stanley Whittingham inició las primeras pruebas de almacenamiento en baterías. El proyecto tuvo un breve periodo de éxito y luego quedó en el olvido, hasta ser retomado años más tarde por los científicos John Goodenough en Estados Unidos y Akira Yoshino en Japón. 

En la década del ‘90 la empresa Sony comercializó una filmadora portátil con baterías de litio lo que provocó un firme avance a la transición energética en la que la ciencia está inmersa al día de hoy.

Pese a que hoy las baterías de litio son más comunes en los dispositivos electrónicos que las personas usan día a día, el mundo era diferente hace 50 años. Aunque el litio como elemento se descubrió en 1818, no fue hasta comienzos de 1970 que se implementó en las baterías. 

La primera persona en poner en marcha su uso en baterías fue M. Stanley Whittingham en el año 1972. Nacido en Nottingham, Reino Unido, se graduó y doctoró en química en la Universidad de Oxford y años después realizó un posdoctorado en Stanford. El profesional coordinó el Departamento de Energía de los Estados Unidos sobre almacenamiento en baterías, en el que venía trabajando desde hace tiempo. 

Fue a principios de los años ‘70 cuando Whittingham se incorporó a la empresa Exxon y comenzó a trabajar en una idea que proponía insertar iones en la red atómica de ciertos metales y luego extraer dichos iones. Esto se llamaba intercalación y permitía almacenar energía. 

El inicio de la batería de litio 

Whittingham decidió construir una batería utilizando materiales de intercalación en ambos electrodos. Para el cátodo eligió titanio y para el ánodo optó por un compuesto que hasta ese entonces resultaba bastante desconocido: el litio. El mineral también lo sumó al electrolito y el resultado que obtuvo se convirtió en una batería revolucionaria, diferente a todo lo que se había creado hasta ese momento.

Las baterías de la época funcionaban a 1,3 voltios, mientras que la impulsada por el químico llegaba a 2,4 voltios. Además, gracias a la intercalación propuesta por Whittingham, era recargable. 

En ese entonces, las primeras pruebas comerciales se realizaron con una empresa suiza, Ebauches SA, que vendió un “reloj de pulsera solar perpetuo” utilizando la batería de litio. Pese a lo novedoso, la creación pasó desapercibida rápidamente. 

Nuevos comienzos 

En 1980, John Goodenough retomó el invento de Whittingham, pero propuso hacer algunos cambios. El cátodo que impulsó el estadounidense se llamaba óxido de cobalto y litio y llegaba a brindar hasta cuatro voltios. Aunque era más energética y recargable que su versión original, ninguna empresa se mostró interesada en explotarla.

Años después, la compañía Sony quiso probar las baterías recargables y se encargaron de comercializarlas sumándolas a una revolucionaria cámara de video portátil, la Handycam. La empresa combinó el descubrimiento de Goodenough con un desarrollo para el ánodo propuesto por Akira Yoshino en Japón. 

Gracias al éxito comercial que impulsó Sony, la batería de litio, denominada a partir de ese momento como batería de iones de litio, se ofreció al mercado a partir del año 1991. En cuestión de meses se sumó a computadoras portátiles y teléfonos inteligentes, expandiendo su uso a nivel mundial y dándole un lugar en la tecnología a aquel descubrimiento de  Whittingham de mediados de los ‘70.

En 1998, Nissan Motor sumó por primera vez batería de iones de litio en un automóvil eléctrico llamado Altra. Pronto otras empresas imitaron su comportamiento y hoy los autos de este tipo están cada vez más en auge, colaborando así a la transición energética.

En 2019, tanto M. Stanley Whittingham como John Goodenough y Akira Yoshino, fueron consagrados con el Premio Nobel de Química por su labor al crear, desarrollar y mejorar las baterías de litio en los últimos años. 

Componentes y funcionamiento 

Las baterías de iones de litio están compuestas por un electrodo positivo que recibe el nombre de cátodo, en forma de Li2CO3 o LiOH en el caso de las baterías recargables; un electrodo negativo, ánodo, litio en forma de metálica en baterías no recargables; un separador; y un electrolito, litio en forma de LiC1.

Como indicó el sitio Emol, los electrodos están inmersos en un líquido conductor, el electrolito, es lo que comúnmente se conoce como celda. La combinación de varias celdas es lo que conforma la batería en sí. Funciona con base en reacciones químicas reversibles que producen un intercambio de iones y electrones entre sus polos, lo que permite que la batería pueda cargarse o descargarse.

Al momento de la descarga se produce una corriente eléctrica capaz de mover el motor eléctrico encargado de propulsar el vehículo, mientras que al momento de la recarga, los iones y electrones vuelven a su situación original a partir de un aporte de energía externo, como puede ser la frenada del automóvil, explicaron desde el sitio. 

Beneficios 

En el informe “El surgimiento de las baterías de iones de litio en los centros de datos” de Veritv, especialistas en el tema indicaron cuáles son las principales ventajas de usar baterías de iones de litio en los dispositivos tecnológicos.

• Mayor duración: Las baterías de iones de litio presentan una mayor duración a comparación de sus competidoras, siendo esta cuatro veces más prolongada. Esto representa un menor ciclo de reemplazo de baterías y menos interrupciones en su funcionamiento.
  
• Menos peso: desde sus inicios, incluso cuando Sony lanzó la Handycam, la tecnología que cuenta con baterías de litio se caracteriza por ser considerablemente más liviana. La reducción de peso es de hasta un 60% y eso disminuye incluso los costos de construcción y envío.
• Tamaño reducido: las BIL son hasta un 70% más compactas y eso se traduce en dispositivos más livianos.
  
• Adaptación a temperaturas mayores: debido a las químicas de las BIL, las baterías pueden funcionar de manera segura a temperatura ambiente sin reducir su capacidad.

Hoy en día, las baterías de litio están presentes en gran parte de la tecnología que se usa a diario a nivel mundial.

Argentina se posiciona dentro de uno de los cuatro países con mayor concentración de litio gracias a las salinas presentes en las provincias de Salta, Jujuy y Catamarca. Ya que no hay empresas que se encarguen de su procesamiento, una vez extraído, el litio se exporta para su comercialización en el exterior.

En la actualidad está presente en casi todos los celulares y las computadoras. Se calcula, por ejemplo, que la batería de un smartphone contiene poco menos de 2 gramos de litio. Esta presenta múltiples beneficios como ser más livianas, tener una vida útil más larga (según los expertos, puede llegar a 1.000 ciclos de carga) y, además, poseer una mayor capacidad de carga.

Su desarrollo más fuerte está también en los autos híbridos y/o eléctricos que comienzan a tomar cada vez más protagonistas. En este caso, estos pueden requerir casi 8 kilos de litio. Su desarrollo contribuye a la reducción de la huella de carbono al sustituir a los autos de combustión y al beneficio del medio ambiente.