Equipo de UCLA fabrica una batería híbrida de zinc con impresión 3D que multiplica por siete la capacidad de almacenamiento y mantiene el 82% tras 1.500 ciclos.
- ⚡ Más de 7 veces la capacidad de tecnologías similares.
- 🔋 Zinc como alternativa abundante al litio.
- 🖨️ Impresión 3D para crear electrodos ultraporosos.
- 🌞 Pensada para almacenar energía solar y eólica.
- ♻️ Materiales más fáciles de reciclar.
- 🧪 Nueva celda de ensayo más precisa y económica.
- 📈 Hasta 1.500 ciclos con un 82 % de capacidad conservada.
Una batería híbrida de zinc impresa en 3D multiplica por siete su capacidad y podría cambiar el almacenamiento de energías renovables
El almacenamiento energético busca nuevas alternativas al litio
La expansión de la energía solar y la energía eólica está transformando el sistema eléctrico mundial. Sin embargo, producir electricidad renovable no basta. También resulta imprescindible almacenarla para utilizarla cuando el sol deja de brillar o el viento pierde intensidad.
En ese escenario, un equipo de investigadores de la Universidad de California en Los Ángeles (UCLA) ha desarrollado una batería híbrida de iones de zinc fabricada mediante impresión 3D que consigue almacenar más de siete veces la energía de otros dispositivos similares. El trabajo también presenta una nueva herramienta para ensayar baterías experimentales con mucha mayor precisión y un coste muy inferior al de los equipos tradicionales.
El estudio abre una vía interesante para disponer de sistemas de almacenamiento más económicos, duraderos y sostenibles, especialmente orientados a aplicaciones estacionarias como redes eléctricas, instalaciones fotovoltaicas o microrredes.
Por qué el zinc despierta tanto interés
Durante la última década, el litio ha concentrado prácticamente toda la atención del sector. Aun así, muchos investigadores consideran que depender exclusivamente de este elemento puede generar problemas de disponibilidad, costes y suministro conforme aumente la demanda mundial.
El zinc presenta varias ventajas importantes. Se trata de un material unas 100 veces más abundante que el litio, su extracción resulta menos compleja y existe una cadena de reciclaje mucho más consolidada gracias a décadas de utilización en la industria.
Estas características lo convierten en un candidato muy atractivo para aplicaciones donde el peso no representa un factor crítico, como ocurre en los sistemas de almacenamiento conectados a la red eléctrica o en instalaciones industriales.
Además, las baterías basadas en zinc suelen ofrecer un perfil de seguridad elevado al emplear electrolitos acuosos, reduciendo el riesgo de incendio asociado a determinadas químicas de litio.
Una estructura inspirada en una esponja para almacenar mucha más energía
El gran avance del equipo de UCLA reside en el diseño del electrodo.
En lugar de utilizar una superficie relativamente plana, los investigadores fabricaron mediante impresión 3D una estructura con millones de pequeñas cavidades, muy parecida a un panal de abeja o a una esponja microscópica. Tras varios procesos térmicos y químicos, esa estructura quedó formada por carbono conductor altamente poroso, posteriormente recubierto con óxido de vanadio, un material capaz de almacenar grandes cantidades de carga.
La diferencia resulta enorme. La superficie interna del electrodo aumenta hasta tal punto que un solo gramo de este material desplegado ocuparía aproximadamente la superficie equivalente a 10 pistas de tenis.
Cuanta mayor superficie existe disponible, mayor cantidad de carga eléctrica puede almacenarse. Es un principio sencillo, aunque llevarlo a la práctica requiere controlar la arquitectura del material a escala microscópica. Ahí es donde la impresión 3D aporta una ventaja muy difícil de conseguir mediante técnicas convencionales.
Entre una batería y un supercondensador
El dispositivo desarrollado pertenece a la categoría de las baterías híbridas.
Uno de sus electrodos funciona de manera similar al de una batería convencional, mientras que el otro recuerda al comportamiento de un supercondensador, capaz de cargarse y descargarse muy rápidamente.
Esta combinación busca aprovechar lo mejor de ambos mundos: una elevada capacidad de almacenamiento junto con altas velocidades de carga y descarga y una larga vida útil.
Los resultados obtenidos son prometedores. Después de 1.500 ciclos completos, el sistema mantenía aproximadamente el 82 % de su capacidad inicial, una cifra interesante para una tecnología que todavía se encuentra en fase experimental.
La impresión 3D también mejora la investigación en baterías
El estudio no solo presenta una nueva batería.
Los investigadores aprovecharon la impresión 3D para diseñar una celda de ensayo completamente cerrada que evita uno de los problemas más habituales en los laboratorios: la evaporación del electrolito durante las pruebas.
Hasta ahora, muchos grupos de investigación utilizaban recipientes abiertos o celdas comerciales cuyo precio puede superar fácilmente los 1.000 dólares. Ambos sistemas presentan limitaciones. En los recipientes abiertos el líquido termina evaporándose y pequeñas variaciones en la posición de los electrodos pueden alterar las mediciones.
La nueva celda impresa incorpora soportes que mantienen siempre la misma separación entre electrodos y un cierre hermético que evita pérdidas del electrolito.
Los ensayos demostraron una diferencia muy significativa. Mientras los electrodos evaluados mediante el nuevo sistema conservaron el 98 % de su capacidad tras 1.500 ciclos, los probados con configuraciones abiertas dejaron de funcionar correctamente antes de alcanzar los 100 ciclos.
Esto puede acelerar el desarrollo de nuevas tecnologías de almacenamiento, ya que permite obtener resultados mucho más reproducibles entre distintos laboratorios.
Un paso más hacia baterías más accesibles
La fabricación aditiva está cambiando poco a poco la forma de desarrollar materiales avanzados.
En lugar de depender de procesos industriales muy complejos, los investigadores pueden fabricar prototipos personalizados con gran rapidez, modificar diseños en cuestión de horas y optimizar estructuras imposibles de producir mediante métodos tradicionales.
Además, el acceso cada vez más extendido a impresoras 3D de alta resolución facilita que universidades y centros de investigación con presupuestos limitados puedan desarrollar soluciones innovadoras sin realizar grandes inversiones en equipamiento.
Esta democratización de las herramientas de investigación puede acelerar el ritmo de descubrimientos en un momento en el que el almacenamiento energético se ha convertido en una prioridad mundial.
Un avance que complementa el futuro del almacenamiento energético
Cada vez parece más evidente que el almacenamiento del futuro no dependerá de una única tecnología.
Las baterías de litio seguirán siendo esenciales para vehículos eléctricos y dispositivos portátiles, mientras que otras químicas, como las basadas en sodio, hierro, zinc o incluso flujo redox, irán ocupando nichos donde sus ventajas resulten más competitivas.
De hecho, en los últimos años numerosos gobiernos han incrementado el apoyo a tecnologías de almacenamiento alternativas dentro de sus estrategias para reforzar la independencia energética y facilitar la integración masiva de energías renovables. Diversificar las químicas disponibles también reduce riesgos asociados al suministro de materias primas.
La investigación de UCLA encaja perfectamente en esta tendencia: buscar soluciones complementarias que permitan construir un sistema energético más resiliente y preparado para las próximas décadas.
Potencial
Las baterías híbridas de zinc impresas en 3D podrían convertirse en una herramienta muy valiosa para almacenar electricidad procedente de instalaciones solares y parques eólicos, especialmente en aplicaciones estacionarias donde la seguridad, el coste y la durabilidad tienen un peso mayor que la densidad energética.
Si la tecnología continúa evolucionando, podría facilitar el despliegue de microrredes, mejorar el suministro eléctrico en zonas aisladas, aumentar el autoconsumo en edificios con paneles solares y reducir la dependencia de combustibles fósiles durante las horas de mayor demanda.
La posibilidad de fabricar componentes mediante impresión 3D también abre la puerta a diseños personalizados, procesos de investigación más rápidos y dispositivos adaptados a necesidades concretas. No resolverá por sí sola el reto del almacenamiento energético. Pero sí representa una pieza muy interesante dentro del conjunto de soluciones necesarias para avanzar hacia un sistema eléctrico más limpio, flexible y sostenible.
Vía UCLA
Más información: High Mass‐Loading Vanadium Oxide on 3D Printed Carbon Lattices for Zinc‐Ion Supercapacitors – Uemura – 2026 – Small – Wiley Online Library
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