Las baterías de iones de litio actuales se basan en gran medida en el uso de metales críticos, a veces tóxicos, cuya extracción y reciclaje plantean problemas ambientales y geopolíticos. Desde hace varios años, los científicos exploran alternativas como las baterías orgánicas, fabricadas a partir de moléculas ricas en carbono, hidrógeno y nitrógeno.
Estos materiales presentan varias ventajas: una síntesis menos intensiva en energía a partir de recursos ampliamente abundantes, una mejor reciclabilidad y, sobre todo, una gran libertad de diseño químico. Incluso abren el camino a baterías moleculares completamente desprovistas de metales del tipo "anión-ión". Sin embargo, persiste un desafío importante: identificar materiales para el electrodo negativo capaces de funcionar a bajo potencial manteniendo su estabilidad a lo largo de los ciclos de carga y descarga.
Científicos alemanes de la Universidad de Ulm y franceses del Instituto de Materiales de Nantes Jean Rouxel (CNRS/Universidad de Nantes) se interesaron en una familia de moléculas llamadas "superdonantes de electrones". Estos compuestos, muy ricos en electrones, pueden cederlos fácilmente durante reacciones electroquímicas.
El equipo integró por primera vez uno de estos motivos químicos, basado en el bi(bencimidazol), en varios polímeros destinados a servir como electrodo negativo de este tipo de batería anión-ión. Dos de estos materiales mostraron un comportamiento particularmente interesante: funcionan alrededor de 2,1 V vs Li+/Li, un valor notablemente bajo para este tipo de polímeros orgánicos.
Si bien los polímeros probados demostraron una capacidad para almacenar y liberar energía eléctrica de manera reversible, su rendimiento disminuye después de varios ciclos. El equipo propone una pista para explicar este fenómeno: durante las reacciones electroquímicas, las moléculas reducidas podrían transformarse temporalmente en "carbenos", especies químicas muy reactivas capaces de dañar progresivamente el material.
Estos resultados guiarán futuras investigaciones para diseñar materiales orgánicos basados en superdonantes de electrones más estables y eficientes.
No obstante, los polímeros estudiados demuestran que es posible obtener materiales que funcionen a baja tensión sin recurrir a metales. También subrayan la importancia crucial de la estabilidad química. Los trabajos futuros deberán diseñar arquitecturas moleculares capaces de conservar las propiedades electrónicas del bi(bencimidazol) mientras impiden la formación de estas especies reactivas. Un paso indispensable antes de considerar baterías orgánicas realmente duraderas y competitivas.
Redactor: AVR.