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Tecnología y Sociedad

Las baterías de alta energía se acercan al mercado

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Las baterías recargables de zinc-aire pueden almacenar tres veces la energía que almacena una batería de litio-ion.

  • por Kevin Bullis | traducido por Francisco Reyes (Opinno)
  • 28 Octubre, 2009

Una compañía suiza afirma que ha desarrollado unas baterías de zinc-aire recargables y capaces de almacenar tres veces la cantidad de energía que almacenan las baterías de litio-ion, por volumen, y a la mitad de precio. ReVolt, desde Staefa, Suiza, tiene planeado vender pequeñas baterías de “célula botón” para audífonos a partir del año próximo, e incorporar su tecnología en baterías aún mayores, introduciendo baterías para teléfonos móviles y bicicletas eléctricas durante los próximos años. También están empezando a desarrollar baterías de gran formato para vehículos eléctricos.

El diseño de batería está basado en un tipo de tecnología desarrollada en SINTEF, un instituto de investigación en Trondheim, Noruega. ReVolt fue fundada para llevar esta tecnología al mercado y hasta ahora ha reunido 24 millones de euros en inversiones. James McDougal, el director general de la compañía, afirma que la tecnología soluciona el problema principal asociado a las baterías recargables de zinc-aire—que normalmente dejan de funcionar después de un número de recargas relativamente bajo. Si se logra desarrollar esta tecnología a gran escala, las baterías de zinc-aire podrían hacer que los vehículos eléctricos fuesen más prácticos mediante la bajada del coste y el incremento del rango de conducción.

Al contrario que las baterías convencionales, que contienen todos los reactantes necesarios para generar electricidad, las baterías de zinc-aire dependen del oxígeno en la atmósfera para generar corriente. A finales de los años 80 estaban consideradas como una de las tecnologías de batería más prometedoras gracias a su, en teoría, alta capacidad de almacenamiento de energía, afirma Gary Henriksen, director del departamento de almacenamiento de energía electroquímica en el Laboratorio Nacional Argonne en Illinois. La composición química de la batería también es relativamente segura puesto que no necesita materiales volátiles, por lo que las baterías de zinc-aire no tienen tendencia a provocar fuegos como ocurre con las baterías de litio-ion.

Debido a estas ventajas, las baterías no recargables de zinc-aire llevan mucho tiempo en el mercado. Sin embargo, hacer que sean recargables ha sido un reto hasta ahora. Dentro de la batería, un electrodo poroso de “aire” atrae al oxígeno y, con la ayuda de unos catalizadores en la superficie entre el aire y un electrolito basado en agua, lo reduce a un estado de iones de hidróxilo. Éstos viajan a través de un electrolito hasta el electrodo de zinc, donde el zinc acaba siendo oxidado—una reacción que libera electrones y genera una corriente. Para la recarga, el proceso se invierte: el óxido de zinc se convierte de nuevo en zinc y el oxígeno se libera por el electrodo de aire. Sin embargo, después de una serie de ciclos de carga y descarga, el electrodo de aire puede acabar desactivándose, decelerando o deteniendo las reacciones de oxígeno. Esto puede deberse, por ejemplo, a que el electrolito líquido se vaya empujando gradualmente dentro de los poros, afirma Henriksen. La batería también puede fallar en caso de que se seque o si el zinc se acumula de forma irregular, formando unas estructuras con forma de rama que crean cortocircuitos entre los electrodos.

 

ReVolt afirma que ha desarrollado unos métodos para controlar la forma del electrodo de zinc (mediante el uso de ciertos agentes de solidificación y vinculación) y para administrar la humedad dentro de la célula. También ha puesto a prueba un nuevo electrodo de aire, consistente en una combinación de catalizadores cuidadosamente dispersos y que mejoran la reducción de oxígeno del aire durante la descarga, además de encargarse de incentivar la producción de oxígeno durante la carga. Los prototipos han funcionado bien durante más de cien ciclos, y los primeros productos de la compañía se espera que sean útiles durante unos doscientos ciclos. McDougal espera incrementar esta cifra entre 300 y 500 ciclos, lo que las hará útiles para los teléfonos móviles y las bicicletas eléctricas.

Para los vehículos eléctricos, ReVolt está desarrollando una novedosa estructura de batería que se parece a la de una célula de combustible. Sus primeras baterías utilizan dos electrodos planos, que son comparables en cuanto a tamaño. En las nuevas baterías, un electrodo será un líquido—un lodo de zinc. Los electrodos de aire tendrán forma de tubos. Para generar electricidad, el lodo de zinc, que está almacenado en un compartimento dentro de la batería, se bombea a través de los tubos donde acaba siendo oxidado, formando óxido de zinc y liberando electrones. El óxido de zinc después se acumula en otro compartimento dentro de la batería. Durante la recarga, el óxido de zinc fluye de vuelta a través del electrodo de aire, donde libera el oxígeno, formando zinc de nuevo.

Para la batería de uso en vehículos que tiene prevista la compañía, la cantidad de lodo de zinc puede ser mucho mayor que la cantidad de material en el electrodo de aire, incrementando la densidad de energía. De hecho, el sistema sería como un sistema de célula de combustible o un motor convencional, dentro del cual el lodo de zinc actuaría esencialmente como combustible—bombeado a través del electrodo de aire del mismo modo que el hidrógeno en una célula de combustible o la gasolina en un motor de combustión. McDougal afirma que las baterías también podrían durar más tiempo—entre 2.000 y 10.000 ciclos. Y en caso de que una parte falle—como por ejemplo el electrodo de aire—podría reemplazarse, eliminando la necesidad de comprar una batería entera.

Como con las células de combustible, este sistema puede que necesite emparejarse con otro tipo de batería para los momentos de aceleración o para capturar la energía de procesos como el frenado. Además, Henriksen señala que existen otras baterías experimentales de zinc-aire que ya han alcanzado los 200 ciclos.

El éxito comercial del diseño plano más convencional podría depender de otros factores, tales como si las nuevas baterías proporcionan energía a cuotas más altas que otras baterías experimentales de zinc-aire, tal y como señala la compañía, y si los objetivos para alcanzar un número de ciclos más alto se pueden conseguir. El nuevo diseño basado en tubos no se empezará a producir hasta pasados unos años.

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