Nueva arquitectura de baterías que aumenta su potencia hasta un 80%
ENERGÍA.
Una batería almacena energía gracias a la diferencia energética entre los dos materiales que forman cada uno de los dos electrodos.
La electricidad se produce mientras las cargas se desplazan de un material a otro a través de un tercer material intermedio, el electrolito, que permite el movimiento de átomos o moléculas con carga eléctrica, conocidos como iones. No obstante, el electrolito nunca ha sido diseñado para transportar carga eléctrica en forma de electrones. Esta limitación, que ha venido siendo considerada insalvable, es la que un nuevo estudio pone en cuestión.
Nieves Casañ-Pastor y Marc Mosqueda. Foto: CSIC.
Tradicionalmente, se ha asumido que este electrolito debía transportar iones sin contener materiales conductores, ya que, en teoría, cualquier material capaz de transportar electrones podría provocar un cortocircuito, con lo que la batería dejaría de funcionar. Para priorizar la seguridad, todos los diseños de baterías se basan en el principio de que los electrolitos no contengan materiales conductores.
Ahora, personal investigador del Instituto de Ciencia de Materiales de Barcelona (ICMAB, adscrito al Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) de España, el Instituto Catalán de Nanociencia y Nanotecnología (ICN2) y la Universidad Nacional de la Plata (Argentina). presenta un concepto que desafía las reglas tradicionales y ha demostrado que, en determinadas condiciones, introducir pequeñas piezas metálicas conductoras no conectadas por cable al circuito externo, ni a los electrodos, puede generar un efecto beneficioso.
Cuando la batería está funcionando, se crea un campo eléctrico entre sus dos electrodos. El equipo de investigación descubrió que, si se introduce entre ellos una o varias piezas conductoras pequeñas sin conectarlas, estas no provocan un cortocircuito.
Al contrario, el campo eléctrico hace que un extremo de la pieza acumule carga positiva y el otro, carga negativa; un fenómeno conocido como polarización. Esa polarización crea nuevas rutas para el transporte de carga dentro de la batería y facilita las reacciones electroquímicas que generan electricidad. El resultado es una menor resistencia interna y una batería capaz de suministrar energía más rápidamente.
“Normalmente, si un material pudiera transportar electrones dentro del electrolito tendrías un cortocircuito y dejarías de tener una batería”, explica Nieves Casañ-Pastor, del ICMAB. “Lo sorprendente es que estos conductores no están conectados con cable a nada: simplemente se introducen en el interior del sistema y, aun así, generan efectos beneficiosos y enormes cambios en potencia o capacidad de carga”.
Más potencia en materiales muy abundantes.
La investigación forma parte de la tesis doctoral de Marc Mosqueda, que recientemente ha obtenido su doctorado en el ICMAB. Gran parte de este trabajo se basó en inducir el tipo descrito de efectos en diversos tipos de baterías. El sistema zinc-aire tiene como principal ventaja la utilización de materiales abundantes, baratos y seguros. No obstante, también algunos inconvenientes: la reacción con el oxígeno es relativamente lenta, lo que limita la potencia que la batería puede suministrar. El nuevo diseño demuestra su potencial para superar esa limitación, ya que facilita el transporte de carga y aumenta significativamente el rendimiento del sistema.
En las baterías zinc-aire, “el zinc se oxida muy fácilmente, no es peligroso, y la química acuosa del sistema impide que la batería explote como ocurre en las de litio u otros materiales. La solución diseñada por Casañ-Pastor y Mosqueda introduce electrodos bipolares inalámbricos en el interior de la batería, consigue reducir significativamente la resistencia del sistema y aumentar la velocidad con la que este puede suministrar energía. El resultado es un notable aumento del rendimiento y una mejora de la potencia de hasta el 80%.
Una puerta abierta para una nueva generación de baterías.
Para Casañ-Pastor, el principal valor del trabajo va más allá de la batería estudiada: “Esto no es la solución definitiva, sino una nueva vía para mejorar distintos parámetros del rendimiento de una batería”, afirma. El grupo ya ha observado efectos similares en otras tecnologías de almacenamiento y continuará explorando nuevas aplicaciones de esta arquitectura basada en electrodos bipolares inalámbricos.
El estudio se titula “Unlocking high power in membraneless Zn–air batteries: A paradigm shift via wireless bipolar electrochemistry”. Y se ha publicado en la revista académica Energy Storage Materials. (Fuente: CSIC)
Sitio Fuente: NCYT de Amazings