Investigadores alemanes diseñan un sistema de almacenamiento de energía que usa materiales fácilmente disponibles y reciclables, una batería más barata de producir

Los sistemas de almacenamiento de energía del futuro deben ser rentables y sostenibles. Para lograr esto, es fundamental que los materiales utilizados sean tanto fácilmente accesibles como reciclables. Un equipo de investigación de la Universidad de Tecnología Bergakademie Freiberg ha logrado avances significativos en el desarrollo de una batería de aluminio que cumple con estos requisitos. Esta batería está compuesta por aluminio como ánodo, grafito como cátodo y un electrolito innovador basado en polímeros, desarrollado en la universidad. La validación del prototipo de la batería para su producción industrial cuenta con el apoyo del Ministerio de Economía de Sajonia y el Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER), con financiamiento asegurado hasta finales del próximo año.

• Batería con aluminio como ánodo, grafito como cátodo, y electrolito de polímero.
• Aluminio: abundante, reciclable y más barato que el litio.
• Electrolito sólido: más seguro, sin fugas, resistente a humedad y oxígeno.
• Fabricación más económica: elimina la capa separadora.
• Prototipo almacena 1 Wh, objetivo de 10 kWh para sistemas solares domésticos.
• Ideal para almacenamiento de energía en paneles fotovoltaicos.
• Producción roll-to-roll: eficiente y escalable para fabricación en masa.
• Menor impacto ambiental en comparación con baterías de iones de litio.

Repensando las baterías: con aluminio

Amir Mohammad, con largos guantes de goma negra, introduce sus manos en una caja de guantes para abrir un frasco que contiene un polímero de color miel. Con una espátula, aplica cuidadosamente el polímero sobre una fina lámina de aluminio. Finalmente, recubre la lámina de aluminio con el polímero utilizando un calandrado, un equipo que emplea rodillos calefactados. “Esto ya constituye dos tercios de la batería”, explica Amir Mohammad. La lámina de aluminio actúa como el ánodo, mientras que la capa de polímero forma el electrolito. Al combinar esto con un cátodo de grafito, se crea una celda para el prototipo de la batería de aluminio-polímero. El primer prototipo, compuesto por un «stack» con 10 celdas, podrá almacenar aproximadamente 1 watt-hora (Wh) de energía.

Gracias a la financiación proporcionada por el programa de validación del Ministerio de Economía de Sajonia, el equipo de investigación ha podido llevar esta batería al siguiente nivel. El objetivo del desarrollo es alcanzar una capacidad de almacenamiento de 10 kilovatios-hora (kWh), lo que equivale a la producción diaria promedio de un sistema fotovoltaico instalado en el techo de una vivienda unifamiliar. Esto convierte a la nueva batería de aluminio-polímero en una opción viable como sistema de almacenamiento de electricidad estacionario, especialmente para sistemas fotovoltaicos domésticos.

Electrolito sólido de polímero recién desarrollado: eficiencia y seguridad

El equipo pone especial atención en la solución electrolítica entre el ánodo y el cátodo. “Hemos desarrollado un electrolito de polímero basado en un líquido iónico. Este es una mezcla de cloruro de trietilamina y cloruro de aluminio, que junto con poliamida forma una red sólida. Comparado con los electrolitos líquidos tradicionales, este electrolito sólido presenta numerosas ventajas: no puede filtrarse, es resistente a la humedad y al oxígeno, y reduce la corrosión. Además, reemplaza la capa separadora habitual, lo que hace que la batería sea más segura y económica de producir”, explica Oliver Schmidt, miembro del equipo de proyecto.

El siguiente paso para el equipo es probar el procesamiento de los materiales y la producción de la batería de aluminio-polímero en un sistema de producción roll-to-roll. Los investigadores esperan obtener resultados confiables sobre la utilización de su prototipo innovador de batería para finales de 2025.

Almacenamiento de energía: ¿Qué sigue después del litio?

El Director del Instituto de Física Experimental y portavoz del Centro para la Conversión Eficiente de Materiales a Alta Temperatura en TU Bergakademie Freiberg, Prof. Dr. Dirk C. Meyer, comenta que el sector energético necesita nuevos sistemas de almacenamiento para apoyar la electrificación y flexibilidad de tecnologías intensivas en energía. «La batería de aluminio-polímero es una alternativa prometedora a las baterías de iones de litio, que mi equipo ha estado investigando intensamente durante aproximadamente diez años. Ahora estamos probando su viabilidad para la producción industrial y su aplicación a gran escala«, indica el profesor Meyer.

El Ministerio de Economía de Sajonia está financiando la transferencia de los resultados de la investigación hacia la aplicación práctica con una inversión total de 241,562 euros, con un plazo de financiación hasta noviembre de 2025.

Relevancia para la sostenibilidad y el medio ambiente

Las baterías de iones de litio, actualmente dominantes en el mercado, plantean desafíos importantes en términos de sostenibilidad. La extracción del litio requiere un consumo elevado de agua y energía, además de estar asociada a la degradación ambiental y a la explotación laboral en ciertas regiones del mundo. Por ello, es crucial buscar alternativas que sean no solo más sostenibles, sino también económicamente viables.

El aluminio, en cambio, es uno de los metales más abundantes en la Tierra y tiene un ciclo de reciclaje muy eficiente, lo que lo convierte en un candidato ideal para su uso en baterías. Además, el costo del aluminio es significativamente menor en comparación con el litio, lo que puede abaratar los sistemas de almacenamiento de energía y hacerlos más accesibles para un público más amplio.

La innovación en baterías de aluminio no solo contribuiría a la reducción de los costes energéticos, sino que también permitiría avanzar en la transición hacia fuentes de energía renovables, como la solar o la eólica, ya que resolvería el problema del almacenamiento eficiente de la energía generada por estos medios.

Con estos desarrollos, el sector energético podría reducir su dependencia de los recursos no renovables y avanzar hacia una economía más circular, donde los materiales se reciclan y reutilizan, en lugar de ser descartados. Además, tecnologías como la batería de aluminio-polímero ofrecen un futuro más seguro y sustentable en comparación con las alternativas actuales, ayudando a mitigar los impactos del cambio climático.

La batería de aluminio-polímero representa un avance prometedor no solo desde el punto de vista tecnológico, sino también ambiental, ofreciendo una solución sostenible para el almacenamiento de energía a largo plazo.

Vía tu-freiberg.de

Ventajas.

• Materiales abundantes y reciclables: La batería utiliza aluminio como ánodo, grafito como cátodo y un electrolito innovador basado en polímeros. El aluminio es uno de los metales más abundantes y reciclables, lo que hace que esta batería sea más sostenible y económica en comparación con las de iones de litio.
• Electrolito sólido basado en polímeros: El electrolito está compuesto por un polímero sólido hecho de una mezcla de cloruro de trietilamina y cloruro de aluminio. Este diseño elimina el uso de electrolitos líquidos, haciéndola más segura, resistente a la humedad y al oxígeno, y reduciendo la corrosión.
• Sistema más seguro y económico: Al no tener electrolitos líquidos, la batería evita fugas y reduce la necesidad de una capa separadora, lo que simplifica su fabricación y reduce los costos.
• Aplicaciones en sistemas fotovoltaicos: El objetivo es que la batería alcance una capacidad de 10 kWh, lo que equivale a la energía diaria promedio generada por un sistema solar en una vivienda unifamiliar, haciéndola ideal para el almacenamiento de energía solar.
• Capacidad de almacenamiento escalable: El primer prototipo puede almacenar 1 Wh de energía, pero se está desarrollando para aumentar su capacidad a 10 kWh, lo que la haría competitiva con otros sistemas de almacenamiento de energía renovable.
• Producción roll-to-roll: El equipo planea implementar un sistema de producción roll-to-roll, que permitiría la fabricación eficiente de la batería en masa, facilitando su escalabilidad industrial.
• Menor impacto ambiental: Al utilizar aluminio, la batería reduce la dependencia del litio, cuya extracción tiene un alto impacto ambiental, y ofrece una solución más sostenible para el almacenamiento de energía.