Una batería acuosa que usa un electrolito con pH 7 y apto para eliminación directa en el medio ambiente

Por qué importan las baterías a base de agua más seguras

La mayoría de las baterías recargables de hoy dependen de líquidos inflamables o de ácidos y bases agresivos, lo que plantea problemas de seguridad y medioambientales. Este estudio explora un nuevo tipo de batería acuosa que funciona en una solución dulce, casi neutra—similar en acidez al agua potable o a la salmuera usada para hacer tofu. Debido a que el líquido es suave y los componentes sólidos evitan metales pesados, estas baterías pretenden almacenar energía durante mucho tiempo y luego descartarse sin dañar el entorno.

Problemas de las baterías acuosas actuales

Las baterías acuosas han sido consideradas durante mucho tiempo una alternativa más segura frente a las celdas de ion-litio estándar porque el agua no arde. Sin embargo, la mayoría de los diseños existentes usan líquidos que son bastante ácidos o fuertemente alcalinos. En esas condiciones, el propio agua se descompone en hidrógeno y oxígeno en las superficies de los electrodos. Esto desperdicia energía, seca lentamente la celda y genera burbujas que dañan los electrodos. Cuando se tiran estas baterías, sus líquidos corrosivos también pueden dañar suelos y vías fluviales. Los autores se propusieron diseñar una batería que mantuviera las ventajas del agua, pero que funcionara a un pH cercano a 7, casi neutro, para reducir estas reacciones secundarias.

Un líquido suave nuevo y materiales sólidos compatibles

El equipo eligió sales comunes de magnesio y calcio—MgCl₂ y CaCl₂—como base del líquido dentro de la batería. Estas sales forman soluciones concentradas que pueden almacenar y transportar mucha carga, sin embargo permanecen casi neutras y ya se usan de forma segura en el procesamiento de alimentos. Para trabajar con estos líquidos, los investigadores sintetizaron una familia de sólidos orgánicos porosos, llamados polímeros orgánicos covalentes, para actuar como electrodo negativo. Al modificar ligeramente el enlace químico que une los bloques de construcción de estos polímeros, pudieron ajustar qué tan fácilmente el material acepta y libera electrones y cuán fuertemente atrae iones de magnesio o calcio. Una versión, llamada Hex-TADD-COP, destacó porque combinaba transporte de carga rápido, buena estabilidad térmica y un bajo voltaje de operación, algo deseable para emparejar con electrodos positivos de alto voltaje.

Cómo la nueva batería almacena carga

En el polímero elegido, las unidades repetitivas contienen átomos de nitrógeno dispuestos de modo que pueden atrapar y liberar brevemente iones de magnesio o calcio cuando la batería se carga y descarga. Usando una mezcla de modelado por computador y varios tipos de espectroscopía, los investigadores mostraron que estos sitios de nitrógeno coordinan de forma reversible los iones divalentes sin romper el polímero. Crucialmente, el líquido casi neutro contiene muy pocos protones libres, por lo que los iones de hidrógeno desempeñan casi ningún papel en el proceso de almacenamiento de carga. Experimentos en soluciones más ácidas revelaron que cuando hay protones extra presentes, desencadenan reacciones no deseadas, forman depósitos aislantes en la superficie del electrodo y acortan rápidamente la vida útil del dispositivo. En cambio, a pH 7, el electrodo conserva más del 70 por ciento de su capacidad incluso después de unas 120.000 rápidas cíclicas de carga y descarga, una vida útil excepcionalmente larga para una batería acuosa.

Construcción de una batería completa y pruebas de vida útil

Para demostrar un dispositivo completo y funcional, el equipo combinó el nuevo electrodo negativo de polímero con un electrodo positivo hecho de un compuesto tipo azul de Prusia que contiene cobre y hierro. En las soluciones neutras de sales de magnesio o calcio, este par produjo un voltaje de funcionamiento de hasta aproximadamente 2,2 voltios—alto para una batería multivalente basada en agua. Cuando se tuvo en cuenta la masa total de los electrodos y el líquido, las celdas entregaron energías específicas de hasta aproximadamente 40–50 vatios-hora por kilogramo, comparable o mejor que muchos otros sistemas de magnesio o calcio. Igual de importante, las celdas completas preservaron una capacidad útil durante 120.000 ciclos a alta corriente, y prototipos tipo pouch con electrodos más gruesos también funcionaron de forma estable durante miles de ciclos, lo que sugiere potencial práctico.

Qué significa esto para un almacenamiento de energía más limpio

El estudio muestra que es posible construir una batería recargable de larga duración que use una solución salina neutra de calidad alimentaria y un electrodo negativo orgánico diseñado para evitar reacciones secundarias destructivas. Manteniendo el pH cerca de 7 y basándose en elementos abundantes y no tóxicos como magnesio, calcio, carbono, nitrógeno y hierro, los autores crean un dispositivo que, en principio, puede desecharse sin tratamiento especial y aun así cumplir estrictas normas medioambientales. Aunque se necesita más trabajo para aumentar aún más el contenido energético y optimizar la fabricación a gran escala, este enfoque apunta hacia baterías más seguras y ecológicas para aplicaciones en las que la longevidad extrema y el bajo impacto ambiental son más importantes que exprimir cada unidad adicional de energía.

Cita: Chen, H., Feng, S., Wang, Y. et al. An aqueous battery using an electrolyte with a pH of 7 and suitable for direct environmental discard. Nat Commun 17, 2895 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-69384-2

Palabras clave: baterías acuosas, almacenamiento de iones de magnesio, baterías de iones de calcio, electrolitos neutros, polímeros orgánicos covalentes