Las baterías de zinc acuosas recargables están encontrando su nicho en aplicaciones de almacenamiento estacionario, donde la seguridad, el coste, la escalabilidad y la huella de carbono son lo más importante. Sin embargo, las baterías de iones de zinc suelen presentar una eficiencia coulómbica (de carga) inferior a la de las baterías de iones de litio más modernas.
Investigadores de la Universidad Estatal de Oregón han desarrollado un nuevo electrolito que aumenta la eficiencia de carga de las baterías de zinc hasta casi el 100%. La investigación se enmarca en la búsqueda mundial de nuevos productos químicos para baterías capaces de almacenar energía solar y eólica renovable en la red eléctrica cuando no brilla el sol ni sopla el viento.
Este avance supone un gran paso adelante para poner las baterías de zinc metal al alcance de los consumidores. Estas pilas son esenciales para la instalación de más parques solares y eólicos. Además, ofrecen una solución segura y eficiente para el almacenamiento de energía en el hogar, así como módulos de almacenamiento de energía para comunidades vulnerables a desastres naturales.
Xiulei Ji, de la Facultad de Ciencias de la OSU.
Al basarse en un metal seguro y abundante, las baterías basadas en zinc son densas en energía y se consideran una posible alternativa para el almacenamiento de energía en red frente a las baterías de iones de litio, ampliamente utilizadas, cuya producción depende de la disminución de las reservas de metales raros como el cobalto y el níquel. El cobalto y el níquel también son tóxicos y pueden contaminar los ecosistemas y las fuentes de agua si se filtran fuera de los vertederos. Además, los electrolitos de las baterías de iones de litio suelen disolverse en disolventes orgánicos inflamables que a menudo se descomponen a altos voltajes de funcionamiento. Otros problemas de seguridad son las dendritas, que se asemejan a pequeños árboles que crecen en el interior de una pila.
Las baterías de zinc-metal son una de las principales tecnologías candidatas para el almacenamiento de energía a gran escala. Nuestro nuevo electrolito híbrido utiliza agua y un disolvente ordinario para baterías, que no es inflamable, es rentable y tiene un bajo impacto ambiental. El electrolito está hecho de una mezcla disuelta de sales de cloruro baratas, siendo la principal el cloruro de zinc.
Xiulei Ji
Además, dijo que el coste de la electricidad suministrada por una instalación de almacenamiento formada por baterías de zinc sólo podría ser competitivo con la electricidad producida con combustibles fósiles si la batería tiene una larga vida útil de miles de ciclos.
Sin embargo, hasta ahora, la duración de los ciclos se ha visto limitada por la escasa reversibilidad del ánodo de zinc. Los cationes de zinc del electrolito ganan electrones y se depositan en la superficie del ánodo durante la carga, mientras que el ánodo depositado cede electrones a la carga de trabajo al disolverse en el electrolito durante la descarga.
Este proceso de chapado y disolución del zinc suele ser lamentablemente irreversible. Es decir, algunos electrones utilizados en el chapado no pueden recuperarse durante la descarga. Esto supone un problema en un área conocida como eficiencia coulómbica.
Xiulei Ji
El nuevo electrolito desarrollado por Ji y sus colaboradores, entre los que se encontraban científicos del Instituto Tecnológico de Massachusetts, Penn State y la Universidad de California en Riverside, permitió alcanzar una eficiencia coulómbica del 99,95%.
El principal problema de las baterías de zinc es que éste reacciona con el agua del electrolito para generar hidrógeno gaseoso en lo que se denomina reacción de evolución del hidrógeno. Esta reacción parásita provoca un ciclo de vida corto y es también un peligro potencial para la seguridad.
Sin embargo, el nuevo electrolito restringe la reactividad del agua y casi anula la reacción de evolución del hidrógeno al formar una «capa de pasivación» en la superficie del ánodo.
Además, cabe destacar que la eficacia que hemos medido se ha obtenido en condiciones muy duras que no enmascaran ningún daño causado por la reacción de evolución del hidrógeno. El avance aquí comunicado anuncia la comercialización en un futuro próximo de las pilas de zinc metal para el almacenamiento en red a gran escala.
Xiulei Ji
Vía oregonstate.edu
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