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Cambio Climático

En busca de la batería perfecta para la red eléctrica

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Investigadores de la Universidad de Stanford fabrican un electrodo que puede recargarse 40.000 veces sin perder demasiada capacidad.

  • por Prachi Patel | traducido por Lía Moya (Opinno)
  • 28 Noviembre, 2011

Las compañías eléctricas buscan baterías que sirvan para estabilizar la red. Estas baterías podrían adaptarse a las fluctuaciones de oferta y demanda de energía almacenando y liberando su carga rápidamente, y podrían servir para incorporar al suministro fuentes de energía de disponibilidad variable tales como la eólica y la solar. Sin embargo, las baterías disponibles en la actualidad son demasiado caras, o bien no duran el suficiente número de ciclos de carga para resultar prácticas.

Ahora, investigadores de la Universidad de Stanford (EE.UU.) han probado un electrodo de batería supereficiente fabricado con nanomateriales que dura 40.000 ciclos sin perder una cantidad significativa de su capacidad de carga. El trabajo lo ha dirigido Yi Cui, profesor de ciencia e ingeniería de los materiales en la Universidad de Stanford. Según Cui, este electrodo es un primer paso hacia un nuevo tipo de batería barata capaz de almacenar grandes cantidades de electricidad dentro de la red eléctrica.

La parte química de la nueva batería de Cui utiliza materiales asequibles y abundantes. Parte del mismo principio usado en las batería de iones de litio -trasladar iones de sodio o de potasio entre electrodos durante la carga y la descarga- pero lo hace de forma muco más económica. “Para el almacenaje en la red, la batería podría tener que ser enorme, y usar sodio y potasio resulta muy atractivo porque son materiales abundantes y baratos”, afirma Cui. Estas baterías usarán electrolitos con base de agua que son más baratos y fáciles de usar que los electrolitos basados en solventes orgánicos como los que se usan en las baterías de iones de litio.

Los nuevos electrodos, cuya demostración se publicó el martes pasado en la revista en línea Nature Communications, también se fabrican con materiales fácilmente disponibles. Los investigadores comienzan con el pigmento azul prusiano -un compuesto de hierro y cianuro-, sustituyen la mitad del hierro por cobre y fabrican nanopartículas cristalinas con el compuesto resultante, con el que después se cubre un sustrato de carbono parecido a una tela. Luego sumergen este electrodo en una solución electrolítica de nitrato de potasio.

Los electrodos mantienen el 83 por ciento de su capacidad de carga después de 40.000 ciclos. En comparación, las baterías de plomo y ácido duran solo unos cientos de ciclos, mientras que las baterías de iones de litio suelen durar unos mil ciclos. Los electrodos también demostraron una eficiencia energética del 99 por ciento. “El objetivo es que el voltaje que introduces al cargarlas sea el mismo que sale cuando las descargas”, sostiene Cui. “Comparado con cualquier otro material de batería, éste es el mejor”.

Jay Whitacre, profesor de ciencia e ingeniería de los materiales en la Universidad Carnegie Mellon (EE.UU.) y fundador de la start-up Aquion Energy que tiene sede en Pittsburgh (EE.UU.), afirma que si bien es cierto que los electrodos demuestran una buena vida útil, su capacidad de carga es relativamente baja: 60 miliamperios hora por gramo de material, en comparación con los 100 del cátodo de óxido de manganeso de Aquion. Además, explica, “está basada en cobre, que hoy en día no es precisamente barato”.

Sin embargo, la cifra más importante a la hora de evaluar opciones de almacenaje para la redes eléctricas a gran escala es el precio por unidad de energía por ciclo, sostiene  Donald Sadoway, profesor de ciencia e ingeniería de los materiales en el MIT (Instituto de Tecnología de Massachusetts, EE.UU.) En ese aspecto, el nuevo material, con sus decenas de miles de ciclos podía tener ventaja sobre otras baterías. “Al final, todo se reduce al coste”, afirma. “Si son capaces de proporcionar ese rendimiento a un coste sustancialmente menor que el de sodio-azufre, tienen las de ganar”.

Además del coste y la vida útil, “la eficiencia en la ida y vuelta de la energía también es muy importante en el caso del almacenaje de energía de la red eléctrica, para no estar malgastándola en las recargas”, sostiene Christopher Johnson, investigador en baterías en el Laboratorio Nacional Argonne (EE.UU.). Aunque aún no se conoce el coste del nuevo electrodo, su eficacia y vida útil “son impresionantes”, afirma Johnson. Los investigadores tienen que hacer todavía una demostración con una batería completa con dos electrodos, lo que podría cambiar las estadísticas, añade.

El electrodo creado hasta ahora funciona como cátodo. Cui explica que su equipo está afinando la química del material para fabricar un ánodo y está trabajando en la creación de prototipos de baterías.

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