Polímeros semiconductores: hacia baterías de ion-litio más seguras y sostenibles para la transición energética en México.

Dra. Rosa Martha Jiménez Barrera, Dr. José de Jesús Kú Herrera

Departamento de Química Macromolecular y Nanomateriales del CIQA

Dr. Eduardo Arias, Dra. Ivana Moggio

Departamento de Materiales Avanzados del CIQA

Dr. Arián Espinosa Roa

Departamento de Procesos de Polimerización del CIQA

En los últimos años, México y el resto del mundo han estado enfrentando el desafío compartido de cubrir la demanda de energía y, al mismo tiempo, reducir las emisiones de carbono responsables del cambio climático. En 2024, el consumo global de energía creció un 2.2%, superando el promedio anual de la última década, según el informe Global Energy Review 2025 de la Agencia Internacional de Energía (IEA, por sus siglas en inglés). Este aumento estuvo impulsado por un crecimiento del 4.3% en la demanda de electricidad, resultado del incremento de la temperatura, la electrificación del transporte, la digitalización de la industria y los servicios, como centros de datos, telecomunicaciones, comercio electrónico, salud digital y plataformas de entretenimiento en línea, que requieren cada vez más energía para su operación continua y segura. Sin embargo, las emisiones globales de CO₂ alcanzaron un récord histórico, con 37,400 millones de toneladas en 2024, un 0.8% más que en 2023, debido principalmente al uso de combustibles fósiles para sostener la recuperación económica post-pandemia. Con una proyección de crecimiento de la demanda eléctrica cercana al 4% anual hasta 2027, la urgencia de desarrollar tecnologías de almacenamiento de energía más sostenibles y eficientes resulta hoy evidente.

En este panorama, las energías renovables como la solar y la eólica se posicionan como alternativas fundamentales para un futuro energético limpio. Sin embargo, su naturaleza intermitente plantea un reto: ¿cómo almacenar la energía producida para garantizar su disponibilidad cuando no hay sol o viento?

Aquí es donde las baterías de ion-litio juegan un papel clave, al ser consideradas la tecnología con mayor potencial para integrar estas fuentes renovables en redes eléctricas, vehículos eléctricos y sistemas de almacenamiento estacionario. México, además, cuenta con importantes reservas de litio en estados como Sonora y Zacatecas, colocándolo en una posición estratégica para liderar su propia transición energética y fortalecer su desarrollo tecnológico y económico. Pero tener litio no es suficiente. Para convertir este recurso en una fuente de crecimiento tangible, no basta solo con extraerlo, sino que es indispensable desarrollar nuevos materiales y procesos que permitan su aprovechamiento en aplicaciones de alto valor agregado. Por otro lado, las baterías de ion-litio enfrentan otras limitaciones, ya que requieren materiales costosos, pesados o tóxicos, como el cobalto, y utilizan electrolitos líquidos inflamables que representan riesgos de fuga, incendio o explosión en caso de sobrecalentamiento. Ante estos desafíos, la comunidad científica busca continuamente desarrollar alternativas más seguras y sostenibles.

En el Centro de Investigación en Química Aplicada (CIQA), trabajamos en esa dirección, desarrollando polímeros conjugados con conductividad híbrida capaces de actuar como materiales semiconductores, con el potencial de transformar la forma en la que almacenamos y utilizamos la energía. Gracias a sus características electrónicas y estructurales, estos materiales podrían hacer posible la fabricación de baterías ligeras, seguras y eficientes, que además aprovechen la energía solar y eólica mediante tecnología desarrollada en México.

¿Qué son los polímeros conjugados y por qué son tan especiales?

Los polímeros conjugados son cadenas largas de moléculas orgánicas que contienen enlaces alternados. Esta estructura permite que los electrones se muevan con facilidad, dándoles propiedades electrónicas únicas. Entre los ejemplos de estos polímeros se encuentran la polianilina (PANI), el polipirrol (PPy), el politiofeno (PTh), el poli(3,4-etilendioxitiofeno) y el poli(indol) (PI). Debido a su buena estabilidad y conductividad eléctrica, estos materiales se utilizan ampliamente en dispositivos electrónicos y sensores (Figura 1). Además, mediante modificaciones químicas, es posible incorporar unidades funcionales que faciliten el paso de iones de litio, logrando así una conductividad híbrida de portadores de carga, es decir, la capacidad de transportar iones y electrones en un solo material.

Figura 1. Representación de la estructura molecular de polímeros conjugados comunes.

En términos simples, estos polímeros podrían sustituir total o parcialmente tanto a los metales conductores (al doparlos), como a los electrolitos líquidos de las baterías, con la ventaja de ser materiales ligeros, flexibles y procesables como un plástico común. Este desarrollo promueve la fabricación de baterías más seguras y livianas, adecuadas para una amplia gama de aplicaciones tecnológicas de vanguardia.

Innovación con sello CIQA: formando especialistas y generando conocimiento de frontera

En el Grupo de Investigación en Materiales para el Aprovechamiento de Energía del CIQA, hemos consolidado nuestra experiencia en el diseño y desarrollo de polímeros conjugados, así como de materiales híbridos aplicados en tecnologías de conversión y almacenamiento de energía. Durante este proceso, hemos obtenido financiamiento para proyectos enfocados en baterías de ion-litio, celdas solares orgánicas y supercapacitores, lo que ha permitido contribuir significativamente al avance de la ciencia básica y aplicada en México.

Como parte de esta trayectoria, recientemente fue aprobado un proyecto financiado por el FONCYT Coahuila (COAH-2025-C25) enfocado en el diseño de polímeros pi-conjugados con conductividad híbrida para su uso como materiales activos en baterías de ion-litio. Este proyecto permitirá explorar rutas de síntesis de materiales para el desarrollo de electrodos orgánicos, con potencial de aplicación en diversos sistemas de almacenamiento de energía.

En nuestro grupo, estudiantes de licenciatura, maestría y doctorado participan activamente en todas las etapas del proceso, desde la síntesis y caracterización de polímeros hasta la fabricación de prototipos y su evaluación electroquímica. Más allá de obtener baterías con alta capacidad de almacenamiento, nuestro principal objetivo es comprender los mecanismos de conducción iónica y electrónica en estos sistemas. Buscamos establecer correlaciones entra la estructura química, las propiedades de transporte de carga, el ordenamiento molecular y la estabilidad bajo condiciones reales de operación.

Este enfoque integral nos permite generar conocimiento de frontera y rediseñar materiales con propiedades mejoradas. Asimismo, promovemos colaboraciones con universidades, centros y redes de investigación para enfrentar retos prioritarios, como la escalabilidad, la sostenibilidad de los procesos y el desarrollo de tecnologías destinadas al aprovechamiento de fuentes renovables de energía. De esta manera, quienes participan en el grupo adquieren una formación sólida que les permite proponer soluciones orientadas a un futuro más responsable con el medio ambiente.

Para nuestro grupo, cada proyecto representa una oportunidad para innovar, formar talento y fortalecer el conocimiento científico y tecnológico, con un firme compromiso de impulsar la transición energética del país.

Referencias

1. Meta AI (2025). Desarrollo de baterías de ion-litio a partir de polímeros conjugados. Recuperado de: https://www.ai.facebook.com/research/
2. International Energy Agency. Global Energy Review 2025 [Internet]. 2025 [citado el 30 de junio de 2025]. Disponible en: https://www.iea.org/reports/global-energy-review-2025
3. Moncada M. Las emisiones globales de CO2 alcanzaron un nuevo récord en 2024. Energías Renovables [Internet]. 28 de enero de 2025 [citado el 30 de junio de 2025]. Disponible en: https://www.energias-renovables.com/panorama/las-emisiones-globales-de-co2-alcanzaron-un-20250128
4. Global Energy. La demanda global de electricidad crecerá un 4.3% anual hasta 2027: IEA [Internet]. 2025 [citado el 30 de junio de 2025]. Disponible en: https://globalenergy.mx/noticias-especiales/la-demanda-global-de-electricidad-crecera-un-4-3-anual-hasta-2027-iea/
5. Asociación Mexicana de Energía Eólica. Crecimiento e inversiones impulsan la energía eólica en México [Internet]. 2025 [citado el 30 de junio de 2025]. Disponible en: https://amdee.org/es_es/noticias/crecimiento-e-inversiones-impulsan-la-energia-eolica-en-mexico/
6. García K. CFE obtiene financiamiento por 98.7 millones de dólares para la central solar de Puerto Peñasco. El Economista [Internet]. 28 de junio de 2023 [citado el 30 de junio de 2025]. Disponible en: https://www.eleconomista.com.mx/empresas/La-CFE-Obtiene-Financiamiento-Por-98.7-Mdd-Para-La-Central-Solar-de-Puerto-Penasco-20230628-0052.html
7. IMARC Group. Mercado de baterías de ion-litio en México: tendencias, crecimiento y pronóstico 2024-2033 [Internet]. 2024 [citado el 30 de junio de 2025]. Disponible en: https://www.imarcgroup.com/report/es/mexico-lithium-ion-battery-market
8. Mexcom. El futuro del litio en México: ¿por qué es tan importante? [Internet]. 2022 [citado el 30 de junio de 2025]. Disponible en: https://mexcom.mx/mineria/el-futuro-del-litio-en-mexico-por-que-es-tan-importante
9. Li M, Ruan W, Zhang M. Advances in organic polymer electrode materials for ion batteries: A comprehensive review. Polymer. 2024;307:127244. doi:10.1016/j.polymer.2024.127244