Actualizado: 05/07/2024
Las baterías de metal-aire constituyen una importante línea de desarrollo como prometedores dispositivos de almacenamiento de energía, desde la electrónica de baja potencia hasta las aplicaciones a gran escala. Estas baterías prometen ofrecer densidades de energía teóricas muy elevadas, ser respetuosas con el medio ambiente, rentables y seguras.
Entre los posibles ánodos candidatos para las pilas metal-aire, la investigación se ha centrado principalmente en el zinc, el aluminio, el hierro y el silicio. En cambio, el titanio apenas se ha considerado un material activo y aún no se dispone de resultados experimentales.
Ahora, investigadores del Forschungszentrum Jülich han desarrollado con éxito y probado en laboratorio una novedosa pila de titanio-aire (pila Ti-aire). La batería se ha desarrollado en colaboración con investigadores del Technion, Instituto Tecnológico de Israel en Haifa.
Las baterías de metal-aire son especialmente adecuadas para aplicaciones en las que el tamaño compacto es importante y en sistemas de almacenamiento estacionario a gran escala que utilizan materiales de bajo coste, comunes y no tóxicos.
El titanio, aunque conocido como un material caro, es mucho más barato que el litio en cuanto a costes de material, pero es más caro que el aluminio. El metal es el noveno material más frecuente en la corteza terrestre, por lo que los recursos disponibles son correspondientemente abundantes.
Además, el titanio es interesante como material de almacenamiento de electricidad porque cada átomo puede donar hasta cuatro electrones para la transferencia de carga, al tiempo que es relativamente ligero y extremadamente resistente.
En una novedosa batería primaria no acuosa de Ti-aire, los investigadores consiguieron utilizar su potencial electroquímico para el almacenamiento de energía eléctrica aplicando oligofluorohidrogenato de 1-etil-3-metilimidazolio (EMIm(HF)2.3F) líquido iónico a temperatura ambiente. Los líquidos iónicos consisten en sales con un punto de fusión atípico y muy bajo, que se utilizan en diversas aplicaciones debido a sus propiedades eléctricas y materiales especiales.
En teoría, las pilas de titanio-aire tienen entre dos y tres veces la densidad de energía de las pilas de zinc-aire que se utilizan hoy en día como pilas de botón estándar en audífonos, módulos de control y sensores. El voltaje teóricamente alcanzable de la pila de titanio-aire se sitúa en un rango similar al de las pilas de zinc-aire. En los experimentos, la pila de Ti-aire pudo funcionar con éxito bajo corrientes de descarga relativamente altas de hasta 0,75 mA cm-2 con una tensión media de la célula de hasta 1,2 voltios, lo que arroja una capacidad de descarga de hasta 66 mAh cm-2.
Los investigadores afirman que, cuando se aprovecha todo su potencial, esta batería metálica tiene el potencial único de ser el único metal con 4 electrones transferidos durante su descarga.
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