Las baterías de litio-dióxido de carbono (Li-CO₂) están atrayendo un interés creciente dentro del campo de las tecnologías limpias por su capacidad de cumplir una doble función: capturar dióxido de carbono atmosférico mientras almacenan energía. Este enfoque híbrido representa una línea de investigación avanzada que busca responder a dos de los desafíos más críticos del siglo XXI: el cambio climático y la transición energética. A diferencia de las baterías de ion-litio tradicionales, que solo almacenan y liberan energía, las Li-CO₂ actúan como una especie de sumidero activo de carbono, transformando el CO₂ en un subproducto sólido durante la descarga.

Aunque la tecnología aún se encuentra en fase experimental, los últimos avances de instituciones como la Universidad de Surrey, en colaboración con investigadores de China y EE.UU., demuestran que ya es posible construir prototipos funcionales. No obstante, la eficiencia energética, la ciclabilidad y la estabilidad a largo plazo siguen siendo barreras importantes. Este artículo explora en profundidad cómo funcionan estas baterías, cuáles son sus beneficios potenciales y qué retos deben superarse para que puedan jugar un papel clave en un modelo energético bajo en carbono.

¿Cómo funcionan las baterías Li-CO₂?

Las baterías de litio-dióxido de carbono operan mediante una reacción electroquímica singular. En lugar de utilizar oxígeno como ocurre en las baterías Li-O₂, estas emplean CO₂ como reactivo catódico. Durante el proceso de descarga, los iones de litio del ánodo reaccionan con el dióxido de carbono introducido en el cátodo para formar carbonato de litio (Li₂CO₃) y carbono elemental. Esta reacción se representa de forma simplificada así:

4Li + 3CO₂ → 2Li₂CO₃ + C

Este tipo de reacción libera una alta densidad energética, teóricamente de hasta 1876 Wh/kg, superando con creces a las baterías de iones de litio actuales, cuya densidad energética se sitúa entre los 200 y 250 Wh/kg. Sin embargo, lograr que esta reacción sea reversible es el principal reto técnico. Durante la recarga, se debe descomponer el carbonato de litio, lo cual implica un sobrepotencial significativo (es decir, se necesita más voltaje del que idealmente se requeriría), lo que reduce la eficiencia global del sistema.

Este fenómeno genera una alta resistencia interna y conduce a una degradación temprana del material activo, limitando los ciclos de vida útiles de la batería. Además, la acumulación de subproductos sólidos puede obstruir los poros del cátodo, dificultando el paso de gases y reduciendo aún más el rendimiento a largo plazo.

Un enfoque que combina almacenamiento y captura de carbono

El interés en las baterías Li-CO₂ no es casual: la necesidad de soluciones que integren tecnologías energéticas con mitigación climática es cada vez más urgente. Estas baterías ofrecen una forma práctica de capturar carbono a la vez que permiten almacenar energía generada por fuentes intermitentes como la solar o la eólica.

Durante su funcionamiento, una batería Li-CO₂ puede capturar hasta 0,2 gramos de CO₂ por vatio-hora de energía descargada, según datos preliminares de los prototipos actuales. Aunque esta cifra es modesta si se compara con sistemas industriales de captura directa de carbono, su integración en dispositivos móviles, instalaciones domésticas o sistemas de respaldo energético podría tener efectos acumulativos significativos.

La clave radica en su escalabilidad. A medida que aumenta la capacidad energética instalada basada en estas baterías, se multiplican también las cantidades de CO₂ retiradas del ambiente, lo que proporciona un beneficio añadido sin necesidad de infraestructuras adicionales para la captura de carbono.

Avances técnicos: catalizadores y materiales porosos

Uno de los avances más prometedores en esta tecnología viene de la mano del diseño de nuevos materiales para el cátodo. Investigadores de la Universidad de Surrey, en colaboración con centros de investigación en Shanghai y EE.UU., han desarrollado una estructura de cátodo poroso en la que se integran catalizadores metálicos distribuidos mediante técnicas de impresión.

Estos catalizadores —compuestos por metales de transición como el rutenio o el manganeso— actúan acelerando la descomposición del Li₂CO₃ durante la recarga, reduciendo así el sobrepotencial requerido. En pruebas de laboratorio, este diseño ha permitido reducir el voltaje de carga desde más de 4,0 V hasta menos de 3,5 V, mejorando la eficiencia energética general y permitiendo hasta 100 ciclos de carga-descarga con pérdidas aceptables de capacidad (inferiores al 20%).

Además, se ha mejorado la morfología del carbono generado en la descarga, lo que ayuda a evitar que se acumulen estructuras amorfas que podrían taponar los canales del cátodo. Estos avances son fundamentales para poder pensar en baterías con aplicaciones prácticas a medio plazo.

Aplicaciones potenciales en el mundo real

Las baterías Li-CO₂ podrían tener un impacto considerable en varias áreas estratégicas si logran alcanzar una madurez tecnológica suficiente. En primer lugar, podrían sustituir a las actuales baterías de respaldo en instalaciones solares domésticas, proporcionando almacenamiento y captura simultánea. Su alta densidad energética también las hace idóneas para vehículos eléctricos, especialmente en flotas urbanas o sistemas logísticos que operan en entornos con alta concentración de CO₂.

En entornos industriales, estas baterías podrían ser instaladas junto a chimeneas o sistemas de ventilación, funcionando como microunidades de captura de carbono a la vez que almacenan el exceso de energía renovable. Otra aplicación interesante, aunque aún conceptual, se sitúa en el ámbito aeroespacial: en Marte, cuya atmósfera está compuesta en un 95% por CO₂, las baterías Li-CO₂ podrían utilizar el entorno como fuente energética, facilitando operaciones de superficie más autónomas.

También se exploran posibilidades en sensores autónomos y dispositivos del Internet de las cosas (IoT), donde la densidad energética y la capacidad de funcionar en atmósferas con contenido de CO₂ elevado podrían ser una ventaja competitiva.

Comparativa con otras tecnologías emergentes

A diferencia de otras propuestas de almacenamiento como las baterías de sodio, las baterías redox de flujo o los sistemas de hidrógeno, las baterías Li-CO₂ tienen la singularidad de ofrecer un doble servicio: almacenar energía y retirar carbono. Esto las posiciona como una tecnología híbrida, aunque con limitaciones claras respecto a la eficiencia de ciclo, durabilidad y coste de los materiales empleados.

Reflexiones finales

Aunque aún están lejos de una implementación comercial, las baterías de litio-dióxido de carbono representan una línea de innovación con un potencial notable en la integración de objetivos energéticos y medioambientales. La investigación actual demuestra que es técnicamente viable construir prototipos que capturen CO₂ de forma activa y reversible, aunque con limitaciones prácticas.

La inversión en materiales avanzados, procesos de fabricación más eficientes y nuevos modelos de gestión energética será clave para que estas baterías pasen de los laboratorios a las aplicaciones del mundo real. No serán la única solución para los retos del cambio climático, pero podrían desempeñar un papel estratégico en sectores muy concretos.

El desarrollo futuro dependerá de la colaboración internacional, la financiación pública y privada, y la evolución de políticas energéticas que valoren no solo la eficiencia energética, sino también la capacidad de secuestrar carbono de manera distribuida.