El MIT investiga como usar el CO2 para crear baterías de litio

¿Y si el dioxido de carbono pudiera transformarse en energía? Este es el desafío que plantea el nuevo estudio del MIT que quiere crear una batería que utilice el CO2 que se genera en las plantas energéticas en un carbonato mineral sólido. En lugar de tratar de convertir el dióxido de carbono a productos químicos especializados que utilizan catalizadores metálicos, lo que actualmente es un gran desafío, esta batería podría convertir continuamente el dióxido de carbono en un carbonato mineral sólido a medida que se descarga.

Todavía se trata de una investigación muy temprana, pero abre un camino muy prometedor que podría resolver dos de los mayores problemas del planeta Tierra: la emisión de gases invernadero a la atmósfera y la creación de otra fuente de energía limpia.

La batería se fabricaría en litio, carbón y electrolitos. Según cuenta uno de los ingenieros del estudio Betra Gallant a la revista Joule, «el dióxido de carbono no es muy reactivo, por lo que tratar de encontrar nuevas vías de reacción es muy importante«. Actualmente las plantas energéticas equipadas con captura de sistemas de carbono utilizan el 30% de las electricidad que generan para capturar, liberar y almacenar el dioxido de carbono. Según los investigadores, cualquier cosa que pueda reducir el coste de este proceso o que ueda resultar en un producto final que tenga valor, podría cambiar significavamente el sistema económico.

En geneneral, la forma de conseguir que el dioxido de carbono muestre actividad significativa en condiciones electroquímicas es con grandes aportes de energía que tiene que aplicarse con un gran voltaje. Esto supone un proceso costoso e ineficiente. Idealmente, el gas sufriría reacciones que producen algo que vale la pena, como un químico o un combustible útil. Sin embargo, los esfuerzos de conversión electroquímica, generalmente realizados en agua, siguen siendo obstaculizados por la alta cantidad de energía requerida y la escasa selectividad de los productos químicos producidos.

Betar Gallant y sus compañeros, expertos en reacciones electroquímicas no acuosas, como las que subyacen en las baterías de litio, analizaron si la química de captura del dióxido de carbono podría utlizarse para producir electrolitos cargados de con dioxido de carbono, una de las tres partes esenciales de una batería, donde el gas capturado podría ser utilizado durante la descarga para una potencia de salida.

Este enfoque es diferente de liberar el dióxido de carbono a la fase gaseosa para el almacenamiento a largo plazo, como ahora se usa en la captura y secuestro de carbono (CCS). Ese campo generalmente busca formas de capturar el dióxido de carbono de una planta de energía a través de un proceso de absorción química y luego almacenarlo en formaciones subterráneas o alterarlo químicamente en un combustible o materia prima química.

En cambio, este equipo desarrolló un nuevo enfoque que podría usarse potencialmente en la corriente de desechos de la planta de energía para hacer material para uno de los componentes principales de una batería.

Si bien el interés ha crecido recientemente en el desarrollo de baterías de dióxido de carbono y litio, que utilizan el gas como reactivo durante la descarga, la baja reactividad del dióxido de carbono ha requerido típicamente el uso de catalizadores metálicos. No solo son caros, sino que su función sigue siendo poco conocida, y las reacciones son difíciles de controlar.

Sin embargo, al incorporar el gas en estado líquido, Gallant y sus colaboradores encontraron la manera de lograr la conversión electroquímica de dióxido de carbono utilizando solo un electrodo de carbono. La clave es preactivar el dióxido de carbono incorporándolo a una solución de amina.

«Lo que hemos demostrado por primera vez es que esta técnica activa el dióxido de carbono para una electroquímica más fácil«, dice Gallant. «Estas dos sustancias químicas (aminas acuosas y electrolitos de batería no acuosos) normalmente no se usan juntas, pero descubrimos que su combinación imparte comportamientos nuevos e interesantes que pueden aumentar el voltaje de descarga y permitir la conversión sostenida del dióxido de carbono«.

A través de una serie de experimentos, demostraron que este enfoque funciona y pueden producir una batería de dióxido de carbono y litio con voltaje y capacidad que sea competitiva con las baterías de litio de última generación. Además, la amina actúa como un promotor molecular que no se consume en la reacción.

La clave fue desarrollar el sistema electrolítico correcto, explica Khurram. En este estudio inicial de prueba de concepto, decidieron usar un electrolito no acuoso porque limitaría las vías de reacción disponibles y, por lo tanto, haría más fácil caracterizar la reacción y determinar su viabilidad. El material de amina que eligieron se usa actualmente para aplicaciones de CCS, pero no se había aplicado anteriormente a las baterías.

Imagen: Jason Blackeye on Unsplash