Si te hablo del flúor, seguro que lo primero que te viene a la mente es la pasta dentrífica. En efecto, este elemento químico que se obtiene mediante el procesamiento del mineral fluorita se utiliza para elaborar pasta de dientes, pues ayudan a prevenir las caries. Aunque no es su único uso: también se utiliza flúor, por ejemplo, para purificar el agua, para la fabricación de anestésicos, en sistemas de iluminación, para la construcción de sistemas de refrigeración… Y muy pronto podría ser un elemento clave en la fabricación de baterías para coches eléctricos.
Todo parte de una investigación realizada por la división de Ciencias Químicas e Ingeniería del Laboratorio Nacional de Argonne, el primer laboratorio nacional de investigación en ciencia e ingeniería en los Estados Unidos, con sede en Illinois. Aquí, los investigadores han descubierto una aplicación del mismo flúor que protege tu esmalte dental para que las baterías de los coches eléctricos duren mucho más.
Así funciona una batería de litio
Para comprender mejor lo que puede hacer el flúor aplicado a la fabricación de baterías, repasemos cómo funciona una batería de litio. Todas tienen los siguientes elementos: ánodo o electrodo negativo, cátodo o electrodo positivo y electrolito, que actúa como separador de los dos anteriores y permite el flujo de los iones de litio desde el ánodo al cátodo, dando lugar a una diferencia de potencial que produce la corriente eléctrica.
En la búsqueda constante de químicas alternativas que permitan fabricar baterías con mayor densidad energética, la solución parece estar en las baterías con ánodos de metal de litio, en vez de los habituales grafito; en estas baterías, el cátodo está formado por un óxido metálico que normalmente contiene níquel, cobalto y manganeso. Pero el problema es que la gran densidad de energía que ofrece este tipo de baterías disminuye rápidamente a medida que se cargan y se descargan de forma repetida, al degradarse el ánodo como consecuencia de los disolventes y las sales que contienen los electrolitos.
Flúor contra la caries… y para proteger el ánodo de la batería
Lo que han descubierto los investigadores de Argonne es que sustituyendo los átomos de hidrógeno del electrolito por componentes fluorados se mejora notablemente el funcionamiento interno de la batería, al formar una capa protectora en los electrodos que permite aumentar el número de ciclos de carga y descarga manteniendo un alto rendimiento y aumentando así su duración. En concreto, se utiliza un nuevo disolvente fluorado formado por iones positivos y negativos.
De momento, las simulaciones realizadas en un superordenador revelan que el componente fluorado se adhiere y se acumula en las superficies del ánodo y del cátodo durante los ciclos de carga y descarga de la batería, formando una capa protectora adecuada y de gran resistencia frente a la que es posible con los electrolitos convencionales. La clave es ajustar a la perfección la proporción de disolvente de fluoruro respecto a la sal de litio para que esa capa de protección no sea demasiado fina ni demasiado gruesa, y permita que los iones de litio fluyan de forma eficaz entre los electrodos durante la carga y descarga de la batería por cientos de ciclos. Algo que no parece que vaya a resultar un problema.
Además, como ventajas adicionales el nuevo electrolito compuesto a base de flúor es de bajo coste porque puede fabricarse en un solo paso con gran pureza y rendimiento, necesita menos disolventes que los electrolitos tradicionales con el beneficio que ello aporta al medio ambiente y resulta más seguro porque no es inflamable.