Noticias

Mar 27, 2023

Los científicos inventan un nuevo tipo de batería

Por Universidad Tecnológica de Viena 15 de mayo de 2023 Un prototipo de la batería en TU

Por Universidad Tecnológica de Viena 15 de mayo de 2023

Un prototipo de la batería en TU Wien. Crédito: Universidad Técnica de Viena

Investigadores de TU Wien (Viena) han desarrollado una batería de iones de oxígeno innovadora, que cuenta con una durabilidad excepcional, elimina la necesidad de elementos raros y resuelve el problema de los riesgos de incendio.

Las baterías de iones de litio, si bien son comunes en el mundo actual (que alimentan todo, desde vehículos eléctricos hasta teléfonos inteligentes), no son necesariamente la solución óptima para todas las aplicaciones. Los investigadores de TU Wien han logrado un gran avance al crear una batería de iones de oxígeno que ofrece varias ventajas significativas. Si bien es posible que no coincida con la densidad de energía de las baterías de iones de litio, su capacidad de almacenamiento no disminuye irreversiblemente con el tiempo, lo que lo hace capaz de tener una vida útil excepcionalmente larga, ya que puede regenerarse.

Además, la fabricación de baterías de iones de oxígeno no requiere elementos escasos e involucra materiales no combustibles. El innovador concepto de batería ya ha dado lugar a una solicitud de patente, presentada en colaboración con socios en España. Estas baterías de iones de oxígeno podrían proporcionar una solución excepcional para los sistemas de almacenamiento de energía a gran escala, como los necesarios para almacenar energía eléctrica de fuentes renovables.

"Hemos tenido mucha experiencia con materiales cerámicos que pueden usarse para celdas de combustible durante bastante tiempo", dice Alexander Schmid del Instituto de Tecnologías Químicas y Análisis de TU Wien. "Eso nos dio la idea de investigar si esos materiales también podrían ser adecuados para fabricar una batería".

Los materiales cerámicos que estudió el equipo de TU Wien pueden absorber y liberar iones de oxígeno con doble carga negativa. Cuando se aplica un voltaje eléctrico, los iones de oxígeno migran de un material cerámico a otro, después de lo cual pueden volver a migrar, generando así corriente eléctrica.

Prof. Jürgen Fleig, Tobias Huber y Alexander Schmid (de izquierda a derecha). Crédito: Universidad Técnica de Viena

"El principio básico es muy similar al de la batería de iones de litio", dice el profesor Jürgen Fleig. "Pero nuestros materiales tienen algunas ventajas importantes". La cerámica no es inflamable, por lo que los accidentes por incendio, que ocurren una y otra vez con las baterías de iones de litio, están prácticamente descartados. Además, no hay necesidad de elementos raros, que son caros o solo se pueden extraer de forma perjudicial para el medio ambiente.

“En este sentido, el uso de materiales cerámicos es una gran ventaja porque se pueden adaptar muy bien”, dice Tobias Huber. “Puedes reemplazar ciertos elementos que son difíciles de obtener por otros con relativa facilidad”. El prototipo de la batería todavía usa lantano, un elemento que no es exactamente raro pero tampoco completamente común. Pero incluso el lantano debe ser reemplazado por algo más barato, y ya se está investigando al respecto. El cobalto o el níquel, que se utilizan en muchas baterías, no se utilizan en absoluto.

Pero quizás la ventaja más importante de la nueva tecnología de baterías es su longevidad potencial: "En muchas baterías, tienes el problema de que en algún momento los portadores de carga ya no pueden moverse", dice Alexander Schmid. "Entonces ya no se pueden usar para generar electricidad, la capacidad de la batería disminuye. Después de muchos ciclos de carga, eso puede convertirse en un problema grave".

La batería de iones de oxígeno, sin embargo, se puede regenerar sin ningún problema: si se pierde oxígeno debido a reacciones secundarias, entonces la pérdida se puede compensar simplemente con oxígeno del aire ambiente.

El nuevo concepto de batería no está diseñado para teléfonos inteligentes o automóviles eléctricos, ya que la batería de iones de oxígeno solo alcanza aproximadamente un tercio de la densidad de energía a la que uno está acostumbrado con las baterías de iones de litio y funciona a temperaturas entre 200 y 400 °C. La tecnología es, sin embargo, extremadamente interesante para almacenar energía.

"Si necesita una gran unidad de almacenamiento de energía para almacenar temporalmente energía solar o eólica, por ejemplo, la batería de iones de oxígeno podría ser una excelente solución", dice Alexander Schmid. "Si construye un edificio completo lleno de módulos de almacenamiento de energía, la menor densidad de energía y la mayor temperatura de funcionamiento no juegan un papel decisivo. Pero las fortalezas de nuestra batería serían particularmente importantes allí: la larga vida útil, la posibilidad de producir grandes cantidades de estos materiales sin elementos raros, y el hecho de que no hay riesgo de incendio con estas baterías".

Referencia: "Baterías de iones de óxido recargables basadas en electrodos de óxido de conducción mixta" por Alexander Schmid, Martin Krammer y Jürgen Fleig, 25 de enero de 2023, Advanced Energy Materials.DOI: 10.1002/aenm.202203789