Investigadores de la ETH de Zúrich han logrado importantes avances en el desarrollo de este tipo de baterías de zinc, haciéndolas más potentes, seguras y respetuosas con el medio ambiente.
Actualmente, las baterías de iones de litio se utilizan habitualmente para alimentar nuestros teléfonos inteligentes, ordenadores y coches eléctricos. Pero estas baterías son inflamables, y su coste relativamente alto, así como la escasez prevista de suministro de litio, hacen que no sean la mejor opción para el almacenamiento en red.
Las baterías acuosas de zinc recargables ofrecen una alternativa prometedora para el almacenamiento de energía en la red debido a su alta densidad de energía, su bajo coste y su incombustibilidad. Además, el zinc es abundante, barato y cuenta con una infraestructura de reciclaje madura.
Sin embargo, los ingenieros se han enfrentado a algunos retos en el desarrollo de estas baterías. Por ejemplo, cuando las pilas de zinc se cargan a alta tensión, el agua del fluido electrolítico reacciona en uno de los electrodos para formar gas hidrógeno. Esta reacción hace que el líquido electrolítico se agote y disminuya el rendimiento de la pila. Además, hace que se acumule un exceso de presión en la batería, lo que puede ser peligroso. Otro problema importante de los ánodos metálicos de Zn es la formación de dendritas durante el revestimiento, que puede provocar cortocircuitos en las celdas.
En los últimos años, los ingenieros han enriquecido el electrolito líquido acuoso con sales para resolver estos problemas. Pero esto hace que el fluido electrolítico sea viscoso, lo que ralentiza considerablemente los procesos de carga y descarga. Además, muchas de las sales utilizadas contienen flúor, lo que las hace tóxicas y perjudiciales para el medio ambiente.
Un equipo internacional de investigadores dirigido por la ETH de Zúrich ha ideado ahora una estrategia que aporta avances clave para el desarrollo de pilas de zinc metal baratas, eficientes, duraderas, seguras y respetuosas con el medio ambiente. Buscaron la concentración ideal de sal para las pilas de iones de zinc basadas en agua. Sus experimentos demostraron que la concentración ideal de sal no es, como se suponía hasta ahora, la más alta posible, sino una relativamente baja: de cinco a diez moléculas de agua por cada ion positivo de la sal.
Los investigadores no utilizaron sales perjudiciales para el medio ambiente en sus mejoras. En su lugar, utilizaron sales de ácido acético, llamadas acetatos, que no dañan el medio ambiente.
«Con una concentración ideal de acetatos, pudimos minimizar el agotamiento del electrolito y evitar las dendritas de zinc tan bien como otros científicos lo habían hecho anteriormente con altas concentraciones de sales tóxicas», afirma Darío Gómez Vázquez, estudiante de doctorado del grupo de Lukatskaya y autor principal del estudio. «Además, con nuestro método, las baterías pueden cargarse y descargarse mucho más rápido».
Hasta ahora, los investigadores de la ETH han probado su nueva estrategia de baterías a escala de laboratorio relativamente pequeña. El siguiente paso es ampliar el método y ver si también puede aplicarse a baterías de gran tamaño. Los investigadores esperan que algún día puedan utilizarse como unidades de almacenamiento en la red eléctrica para compensar las fluctuaciones, por ejemplo, o en los sótanos de las viviendas unifamiliares para que la energía solar producida durante el día pueda utilizarse por la noche.
Aún quedan algunos retos por superar antes de que las pilas de zinc estén listas para el mercado. «Hemos demostrado que, ajustando la composición del electrolito, es posible cargar eficazmente los ánodos de zinc», afirma Lukatskaya, profesora de la ETH. «Sin embargo, en el futuro habrá que optimizar también los materiales de los cátodos para conseguir pilas de zinc duraderas y eficientes».
Vía ethz.ch
Deja una respuesta