Investigadores de la Universidad Técnica de Múnich consiguen una extensión en varios órdenes de magnitud de la vida útil de las baterías de zinc > Las nuevas baterías de iones de zinc pueden soportar 100.000 ciclos de carga y descarga

Las baterías de zinc son más económicas, seguras y usan materiales más abundantes y de menor impacto ambiental que las baterías de litio.

Importante extensión de la vida útil de las baterías de zinc

La transición hacia energías renovables exige métodos eficientes para almacenar grandes cantidades de electricidad de forma segura y duradera. Investigadores de la Universidad Técnica de Múnich (TUM) han desarrollado un nuevo método que podría ampliar la vida útil de las baterías de iones de zinc en solución acuosa a una escala sin precedentes. En lugar de durar solo unos pocos miles de ciclos, las nuevas baterías de zinc podrían soportar cientos de miles de ciclos de carga y descarga.

El secreto detrás de esta innovación es una capa protectora especial para los ánodos de zinc en las baterías. Esta capa ha sido diseñada para abordar problemas comunes, como el crecimiento de estructuras en forma de agujas de zinc, conocidas como dendritas de zinc, y la generación no deseada de reacciones químicas laterales que provocan la formación de hidrógeno y la corrosión. Estas reacciones no solo acortaban la vida útil de las baterías, sino que también generaban riesgos de seguridad.

La clave: un polímero orgánico poroso

El equipo de investigación, dirigido por el Prof. Roland A. Fischer, quien encabeza el Departamento de Química Inorgánica y Metal-Orgánica en la Escuela de Ciencias Naturales de TUM, ha empleado un material innovador para esta función: un polímero orgánico poroso llamado TpBD-2F.

Este material forma una película ultra-delgada, estable y altamente ordenada sobre el ánodo de zinc, permitiendo que los iones de zinc fluyan eficientemente a través de nano-canales mientras bloquea el paso del agua hacia el ánodo. Este diseño previene problemas de degradación y asegura una mayor durabilidad de las baterías de zinc en comparación con otros diseños.

Las baterías de zinc como una alternativa económica a las baterías de iones de litio

Según Da Lei, estudiante de doctorado y autor principal de la investigación publicada en Advanced Energy Materials, las baterías de iones de zinc con esta nueva capa protectora podrían reemplazar a las baterías de iones de litio en aplicaciones de almacenamiento de energía a gran escala, como en plantas solares o parques eólicos.

Estas baterías de zinc no solo duran más y son más seguras, sino que además el zinc es más económico y abundante que el litio, lo que las hace una opción viable para el almacenamiento de energía en gran escala.

Por el contrario, el litio sigue siendo la primera opción para aplicaciones móviles como vehículos eléctricos y dispositivos portátiles, debido a su alta densidad energética y bajo peso.

Sin embargo, sus altos costos y mayor impacto ambiental lo hacen menos atractivo para soluciones de almacenamiento a gran escala. El zinc, al ser más fácil de obtener y procesar, representa una opción sustentable y económicamente viable en el contexto de la transición hacia las energías renovables.

Potencial para aplicaciones a gran escala

El Prof. Fischer añade: “Este es un resultado de investigación verdaderamente espectacular. Hemos demostrado que el enfoque químico desarrollado por Da Lei no solo funciona, sino que es controlable. Como investigadores fundamentales, nuestro interés se centra en nuevos principios científicos, y aquí hemos descubierto uno. Ya hemos desarrollado un primer prototipo en forma de celda de botón, y no veo ninguna razón por la que nuestros hallazgos no puedan ser aplicables a mayores escalas. Ahora, queda en manos de los ingenieros llevar adelante esta idea y desarrollar procesos de producción adecuados”.

Ventajas para la sostenibilidad y el impacto ambiental

Este avance representa un paso significativo hacia soluciones de almacenamiento de energía más sostenibles. Las baterías de zinc no solo son menos costosas de fabricar, sino que también presentan un menor impacto ambiental en comparación con las baterías de litio.

Al usar materiales abundantes y reducir la dependencia de metales como el litio, cuyas reservas son limitadas y cuya extracción tiene importantes repercusiones ambientales, el desarrollo de esta tecnología contribuye al objetivo de una economía energética más limpia y sostenible.

El desarrollo de baterías de zinc con una vida útil excepcional y una mayor seguridad tiene el potencial de revolucionar el almacenamiento de energía renovable. Su durabilidad, coste reducido y bajo impacto ambiental las convierten en una opción prometedora para el futuro de la energía limpia.

Con una demanda creciente de soluciones de almacenamiento que puedan respaldar sistemas de energía intermitentes, como la solar y la eólica, estas baterías podrían desempeñar un papel fundamental en la transición hacia un modelo energético sostenible.

Vía www.tum.de