El pasado día de San José la Comisión Europea emitió un comunicado de prensa donde presentaba el Libro Blanco sobre la defensa europea, así como el plan “ReArmar Europa”. ¡Parece qué por fin los burócratas y los acomodados políticos de Bruselas han despertado de su letargo y ya le han visto las orejas al lobo! Hasta ahora habíamos vivido como en un cuento de hadas, en un mundo ilusorio donde estábamos dejando que los demás innovaran, inventaran, fabricaran, mientras nosotros, los europeos, alegremente deshojábamos margaritas y contemplábamos el corretear de los cervatillos por la pradera. El lobo ahora ha asomado y el cazador (EE.UU) que antes nos protegía, aunque fuera sólo con su presencia, ha dicho que nos las arreglemos como podamos, que él ya se ha cansado de vigilar.

El desarrollo del vehículo eléctrico y de la energía solar han reactivado en gran manera el interés por esta forma de producir y almacenar corriente eléctrica"

En ese plan de rearme europeo se fijan varias líneas de actuación como el apoyo a Ucrania, el desarrollo de un mercado interno de defensa, un fortalecimiento de fronteras o la mejora de la movilidad militar. Dentro de esas líneas estratégicas hay dos que los que leéis mis colaboraciones con Murcia Plaza conocéis bien como son la inteligencia artificial y la tecnología cuántica. Junto con ese plan de rearme también se han seleccionado 47 proyectos, siete de ellos en España, para asegurar el acceso a materias primas fundamentales. Se han considerado materias primas fundamentales el litio, el níquel, el cobalto, el manganeso y el grafito, curiosamente todas relacionadas directamente con la fabricación de baterías eléctricas. China lidera a nivel mundial la producción de baterías de todo tipo y la enorme inversión que realizan en investigación los ha puesto muy por delante del resto de países.

Aunque la batería es la forma más antigua de producir electricidad de manera continua y estable, quedó rezagada frente a otro método de producción mucho más eficiente como es el electromagnetismo que aprovecha el movimiento mecánico, generalmente una turbina, para convertirlo en energía eléctrica. Nicola Tesla y su valedor, el empresario George Westinghouse, supieron ver desde el principio que la manera más eficiente de transportar la electricidad a las fábricas y a los hogares era tal y como se producía, es decir, en forma de corriente alterna. La tecnología para producir corriente continua quedó atascada y casi olvidada durante muchos años y aunque este tipo de corriente es el que utilizan casi todos los dispositivos electrónicos, en principio no supone ningún contratiempo ya que con un rectificador podemos generarla a partir de la corriente alterna. El problema surge si no tenemos un enchufe cerca y entonces es cuando necesitamos baterías. El desarrollo del vehículo eléctrico y de la energía solar han reactivado en gran manera el interés por esta forma de producir y almacenar corriente eléctrica.

El funcionamiento de los distintos tipos de baterías es casi idéntico. Todas tienen dos terminales uno positivo (+) y otro negativo (-) y dentro de ellas la electricidad se produce debido a una reacción química como es la oxidación de un material, generalmente el compuesto de algún metal. Los átomos de cualquier elemento son neutros, es decir tienen el mismo número de electrones (carga negativa) que de protones (carga positiva). El proceso de oxidación rompe los átomos arrancándoles electrones, por lo que ahora esos átomos están descompensados y tienen más protones que electrones; se quedan cargados positivamente y ya no les llamamos átomos sino iones. El lugar donde se produce la oxidación se le denomina ánodo y es la parte de la pila rotulada como (-).

Una batería química produce un flujo de electrones entre ánodo y cátodo cuando se unen ambos mediante un circuito eléctrico"

La oxidación ha producido electrones e iones sueltos dentro de la batería. Las pilas suelen tener dentro un líquido más o menos viscoso que se llama electrolito, en él los electrones no pueden moverse, pero los iones sí.  Si ahora conectamos con un cable el ánodo con el otro extremo de la batería, que se llama cátodo, se rotula como (+), los electrones que están sueltos fluirán con gran facilidad; para ellos ese cable es como una autopista por la que pueden circular a sus anchas. Ese camino los conducirá al cátodo (+) y allí se acumularán y atraerán a los iones que dejaron atrás en el ánodo. Esos iones se desplazarán por el electrolito y se juntarán de nuevo con los electrones que perdieron, aunque formando otros compuestos diferentes. A este proceso se denomina reducción.

Resumiendo, una batería química produce un flujo de electrones entre ánodo y cátodo cuando se unen ambos mediante un circuito eléctrico. Los procesos de oxidación y reducción que dan lugar a esos electrones van modificando poco a poco los materiales de ánodo y cátodo hasta llegar a un momento en el que esos materiales son incapaces de producir suficientes electrones e iones para que la pila pueda generar una corriente útil y decimos que se ha agotadoSalvo las pequeñas pilas alcalinas o salinas diseñadas para el consumo ocasional de pequeños aparatos electrónicos, las baterías generalmente suelen ser recargables. En el proceso de carga, lo que hacemos es inyectar electrones, producir las reacciones químicas inversas y restaurar en la medida de lo posible los materiales de ánodo y cátodo.

Isaac Peral ya utilizaba las baterías de plomo-ácido en su famoso submarino"

Las baterías más antiguas con autonomía y eficiencia apreciables son las de plomo-ácido; con poco que echemos la vista atrás las recordaremos como una parte secundaria del coche de nuestros padres. Utilizaban como ánodo una especie de malla de plomo, como cátodo dióxido de plomo y una disolución de ácido sulfúrico en agua como electrolito. ¡Ya las utilizó Isaac Peral en su famoso submarino que afortunadamente podemos contemplar en el Museo Naval de Cartagena! Eran baterías voluminosas, pesadas y no muy eficientes. Cuando no se usaban durante algún tiempo se agotaban rápidamente. A este efecto se le denomina autodescarga.

En las de Níquel-Cadmio (NiCd) se utiliza metal de cadmio como ánodo, hidróxido de níquel en el cátodo y un electrolito muy común como el hidróxido potásico. Supusieron una gran evolución en su momento debido a que funcionan en un amplio rango de temperaturas, tienen una larga vida útil, el voltaje de descarga es muy estable y tienen un bajo mantenimiento. Sus principales desventajas: Su autodescarga, aunque mucho menor que la de las pilas de plomo-ácido y también el denominado “efecto memoria” por el que pierden capacidad y rendimiento según sean los ciclos de recarga.

Las denominadas de Níquel-Metal Hidruro (NiMH) son similares a las anteriores salvo que sustituyen el cadmio, elemento muy contaminante y que requiere de un cuidadoso reciclado, por una aleación metálica que reacciona con el hidrógeno. Estas baterías, aunque tienen más capacidad y superior ciclo de vida útil que las de NiCd, comparten problemas similares como son la autodescarga y el efecto memoria, aunque en este caso bastante menores.

Las más ampliamente utilizadas hoy en día son las de iones de litio (Li-ion), y tan importantes son en nuestras vidas que, en 2019 John B. Goodenough, M. Stanley Whittingham y Akira Yoshino recibieron el Premio Nobel de Química por sus investigaciones con esta tecnología y que llevaron al desarrollo de este tipo de baterías. Existen hasta una docena de diseños distintos, cada uno de ellos con una química diferente, aunque todos tienen en común el ánodo de grafito. Estas baterías tienen baja autodescarga, pueden ser de tamaño muy reducido, no tienen efecto memoria, permiten una carga rápida. ¡Casi todo son ventajas! Su mayor inconveniente es que son muy sensibles térmicamente y en algunos casos han llegado a explosionar; por eso incorporan un mecanismo de seguridad.

Se sigue investigando para la obtención de baterías más eficientes, escalables y de alta durabilidad. También se considera fundamental el uso de materiales que su extracción minera no suponga un impacto ambiental importante. Los desarrollos ahora se dirigen hacia las baterías de iones de sodio en las que en vez de litio se utiliza el sodio que como sabemos es parte de la sal común y por tanto mucho más económico y fácil de obtener. Existen multitud de desarrollos con otros materiales en fase experimental, pero antes de terminar merece la pena hablar de las denominadas pilas de combustible. En este caso la reacción química dentro de la pila no se produce por los materiales de los que están compuestos ánodo y cátodo, se produce porque se le inyecta un combustible (hidrógeno o metanol) y un oxidante (oxígeno) que al ponerse en contacto generan electricidad, agua y calor sin necesidad de combustión.

El principal inconveniente es que requieren de una instalación donde almacenar el combustible y no son baratas de fabricar por los catalizadores que utilizan. Este tipo de tecnología cuando esté más madura será ideal para medios de transporte de todo tipo. Actualmente se está utilizando de manera controlada en camiones, autobuses, barcos y submarinos como los de la actual serie S-80 de la Armada Española y con base en Cartagena.

Hemos podido comprobar, y no es casualidad, que los proyectos de extracción minera que auspicia la Comisión Europea están directamente relacionados con materiales utilizados en la fabricación de baterías. Parece que todo el mundo tiene claro que ese es el camino del futuro. Sólo espero que los europeos no nos hayamos despertado demasiado tarde del letargo y que todo lo que ha sucedido en los últimos meses nos haya servido de lección para no caer en los mismos errores en el futuro.