Las baterías recargables de iones de litio pueden perder energía con el tiempo y, en determinadas condiciones, se sobrecalientan durante el funcionamiento o la carga, lo que puede degradar la vida útil de la batería y reducir las millas por carga. Ahora, la Universidad de Nottingham, UK, está colaborando con seis institutos de investigación científica en China para desarrollar un almacén de energía con los méritos de rendimiento combinados de una celda de combustible de óxido sólido y una batería de metal-aire. Se afirma que la nueva batería podría ampliar significativamente la autonomía de los vehículos eléctricos y, al mismo tiempo, ser totalmente reciclable, respetuosa con el medio ambiente, económica y segura, según publicó el 1º de febrero The Engineer, en su edición on line.
Las pilas de combustible de óxido sólido convierten el hidrógeno y el oxígeno en electricidad debido a una reacción química. Son muy eficientes en la extracción de energía de un combustible: duraderos, de bajo costo y más ecológicos de producir, pero no son recargables. Las baterías de metal-aire son celdas electroquímicas que utilizan un metal barato como el hierro y el oxígeno presente en el aire para generar electricidad. Durante la carga, emiten oxígeno a la atmósfera. Aunque no son muy duraderas, estas baterías densas de alta energía son recargables y pueden almacenar y descargar tanta electricidad como las baterías de iones de litio, pero de manera mucho más segura y económica. En las primeras fases de la investigación, el equipo de investigación exploró un diseño de batería de hierro-aire de alta temperatura que utilizaba sal fundida como un tipo de electrolito, activado por calor, para la conductividad eléctrica. Las sales fundidas, baratas e inflamables, ayudan a que la batería tenga una impresionante capacidad de almacenamiento y potencia de energía y un ciclo de vida favorable. Sin embargo, las sales fundidas también poseen características adversas.
En un comunicado, el profesor George Chen, líder del estudio de la Universidad de Nottingham, dijo: “En condiciones de calor extremo, la sal fundida puede ser agresivamente corrosiva, volátil y evaporarse o tener fugas, lo que supone un desafío para la seguridad y estabilidad del diseño de la batería. Había una necesidad urgente de ajustar estas características de electrolitos para un mejor rendimiento de la batería y permitir su uso futuro en el transporte eléctrico”.
Los investigadores ahora han mejorado con éxito la tecnología al convertir la sal fundida en sal sólida blanda, utilizando nano-polvos de óxido sólido. El profesor Jianqiang Wang, del Instituto de Física Aplicada de Shanghai, Academia de Ciencias de China, que lidera este proyecto de colaboración, ha predicho que este electrolito de estado cuasi-sólido (QSS) es adecuado para baterías de metal-aire que funcionan a 800ºC ya que suprime la evaporación y fluidez de las sales fundidas que pueden ocurrir a temperaturas de operación tan altas.
El colega del profesor Wang, el Dr. Cheng Peng, dijo que la cuasi-solidificación se ha logrado utilizando nanotecnología para construir una red de partículas sólidas de óxido conectadas de manera flexible. Éstos actúan como una barrera estructural, bloqueando los electrolitos de sales fundidas al mismo tiempo que les permiten conducir la electricidad en condiciones de calor extremo.
El profesor Chen, que dirige un laboratorio de electrólisis de sales fundidas en Nottingham, espera que los “resultados alentadores” del equipo ayuden a establecer un enfoque más simple y eficiente para diseñar baterías de aire de metal de sal fundida de bajo costo y alto rendimiento con alta estabilidad y seguridad.
“La batería de hierro-oxígeno de sal fundida modificada tiene grandes aplicaciones potenciales en nuevos mercados, incluido el transporte eléctrico y la energía renovable, que requieren soluciones de almacenamiento innovadoras en nuestros hogares y a nivel de la red”, dijo. “La batería también es, en principio, capaz de almacenar calor solar y electricidad, lo que es muy deseable para las necesidades energéticas tanto domésticas como industriales. Las sales fundidas se utilizan actualmente a gran escala en España y China para capturar y almacenar el calor solar que luego se convierte en electricidad; nuestra batería de aire de metal de sal fundida hace los dos trabajos en un solo dispositivo”.
Los hallazgos del equipo se publican en un artículo – ‘Electrolito de estado cuasi-sólido para batería recargable de sal fundida de hierro-aire a alta temperatura’ – en Energy Storage Materials.