Nueva baterías de protones baratas desafían al litio en densidad energética

Ingenieros del RMIT afirman haber triplicado la densidad energética de las baterías de flujo de protones, que son económicas, recargables y reciclables. Ahora, estas baterías pueden competir en capacidad con las baterías de iones de litio comercialmente disponibles, llegando a una densidad energética específica de 245 Wh/kg.

Esto se compara con los aproximadamente 260 Wh/kg que proporcionan las baterías de iones de litio del paquete de baterías de un Tesla Model 3 actual, pero sin utilizar ningún litio. De este modo, se evitan tanto el pronosticado desabastecimiento de litio como la dependencia geopolíticamente sensible de China en la cadena de suministro de baterías, además de numerosos problemas asociados al final de su vida útil.

Baterías de protones: un almacenamiento energético diferente

Las baterías de protones se asemejan a una pila de combustible reversible, aceptan agua durante la carga, segregan iones de hidrógeno con carga positiva y liberan oxígeno. A diferencia de otros sistemas, estas baterías almacenan directamente los protones de hidrógeno en orificios de un electrodo sólido y poroso de carbono activado empapado en un ácido diluido. La descarga de la batería se realiza añadiendo oxígeno, liberando energía a medida que se produce agua.

En su último artículo, los investigadores del RMIT se enfocaron en cómo podría mejorarse el funcionamiento de la batería de protones. Las propuestas, incluían el secado al vacío del polvo de carbono activado antes de la preparación del electrodo para eliminar agua en el material, un ligero calentamiento de la célula a 70 °C durante el funcionamiento, y la sustitución de la capa de difusión de gas del lado del oxígeno con una hoja de fibra GDL mucho más delgada.

Estas innovaciones resultaron en una batería de protones capaz de almacenar casi tres veces más energía por peso que la anterior, más del doble de la mayor capacidad de almacenamiento electroquímico de hidrógeno usando un electrolito ácido reportado anteriormente. Con una densidad de 882 joules por gramo, equivale aproximadamente a 245 Wh/kg, lo que la coloca en la misma liga que las mejores baterías comerciales de litio actualmente en el mercado.

Ventajas de la batería de protones

El profesor John Andrews, investigador principal del RMIT, afirma que una vez que la batería de protones esté comercialmente disponible, será una forma muy segura y estable de transportar hidrógeno. Se espera que tenga una larga vida útil, sea rápida de cargar, relativamente económica y 100% reciclable.

Nuestra batería tiene una energía por unidad de masa ya comparable con las baterías de iones de litio disponibles comercialmente, y es mucho más segura y mejor para el planeta en términos de extraer menos recursos del suelo.

John Andrews

La batería de protones también podría cargarse muy rápidamente.

El principal recurso utilizado en nuestra batería de protones es el carbono, que es abundante, disponible en todos los países y barato en comparación con los recursos necesarios para otros tipos de baterías recargables, como el litio, el cobalto y el vanadio. Además, no hay desafíos ambientales al final de la vida de una batería de protones, ya que todos sus componentes y materiales pueden ser rejuvenecidos, reutilizados o reciclados.

John Andrews

Además, mientras que la mayoría de las cadenas de propulsión de hidrógeno sufren grandes pérdidas de energía durante el proceso de electrólisis, compresión/enfriamiento, almacenamiento y en la pila de combustible cuando se convierte el hidrógeno de nuevo en electricidad, este no parece ser el caso de la batería de protones.

Nuestra batería de protones tiene muchas menos pérdidas que los sistemas de hidrógeno convencionales, lo que la hace directamente comparable a las baterías de iones de litio en términos de eficiencia energética.

John Andrews

El camino hacia la comercialización

Aún queda trabajo por hacer en el diseño del sistema en su conjunto. Sin embargo, el equipo ya está trabajando para comercializar la batería de protones.

Estamos deseando desarrollar aún más esta tecnología en Melbourne e Italia, en colaboración con Eldor Corporation, para producir una batería prototipo con una capacidad de almacenamiento que satisfaga las necesidades de una serie de aplicaciones domésticas y comerciales. El objetivo de esta colaboración es escalar el sistema desde la escala de vatios hasta la de kilovatios y finalmente hasta la de megavatios.

John Andrews

Vía www.rmit.edu.au