Siguen las discusiones sobre los yacimientos de Litio disponibles. Nacionalizarlos, regimentarlos, controlarlos… Mientras tanto las industrias de aplicación siguen su ritmo y procuran abastecerse con un producto, que se sabe, es finito en el tiempo. Y así es que los expertos en química están trabajando a full, para lograr el erzast que solucione el problema por venir… Nos llega a la memoria la famosa «guerra del Guano». Originó sangre y lágrimas. Hasta que finalmente los Químicos crearon los Fertilizantes Sintéticos y el guano, sin pena ni gloria suponemos que se sigue acumulando… Pero un laborioso país perdió su salida al mar… Enrique Casas DCA
25.04.2023 – Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich)
Avances en la tecnología de pilas alternativas
Concepto revolucionario de batería: Los investigadores señalan el camino hacia unas baterías baratas, potentes y respetuosas con el medio ambiente
ETH Zürich / Xin Zou
Las pilas de zinc se consideran alternativas prometedoras a las de iones de litio.
No es fácil fabricar pilas baratas, eficientes, duraderas, seguras y respetuosas con el medio ambiente al mismo tiempo. Los investigadores de la ETH de Zúrich han conseguido reunir todas estas características en unas pilas de zinc metal.
El mundo necesita pilas baratas y potentes que puedan almacenar electricidad producida de forma sostenible a partir del viento o la luz solar para que podamos utilizarla siempre que la necesitemos, incluso cuando esté oscuro fuera o no sople el viento. Las baterías más comunes que alimentan nuestros smartphones y coches eléctricos son las de iones de litio. Son bastante caras porque la demanda mundial de litio se está disparando, y además son muy inflamables.
Las baterías de zinc a base de agua ofrecen una alternativa prometedora a estas baterías de iones de litio. Un equipo internacional de investigadores dirigido por la ETH de Zúrich ha ideado ahora una estrategia que aporta avances clave al desarrollo de este tipo de pilas de zinc, haciéndolas más potentes, seguras y respetuosas con el medio ambiente.
La durabilidad es un reto
Las pilas de zinc presentan una serie de ventajas: El zinc es abundante, barato y cuenta con una infraestructura de reciclaje madura. Además, las pilas de zinc pueden almacenar mucha electricidad. Y lo que es más importante, las pilas de zinc no requieren necesariamente el uso de disolventes orgánicos altamente inflamables como fluido electrolítico, ya que también pueden fabricarse utilizando en su lugar electrolitos a base de agua.
Ojalá no hubiera problemas a los que los ingenieros deben enfrentarse al desarrollar estas pilas: cuando las pilas de zinc se cargan a alto voltaje, el agua del fluido electrolítico reacciona en uno de los electrodos para formar gas hidrógeno. Cuando esto ocurre, el líquido electrolítico se agota y el rendimiento de la pila disminuye. Además, esta reacción provoca un exceso de presión en la batería que puede ser peligroso. Otro problema es la formación de depósitos puntiagudos de zinc durante la carga de la pila, conocidos como dendritas, que pueden atravesar la pila y, en el peor de los casos, provocar un cortocircuito e inutilizar la pila.
Las sales hacen que las pilas sean tóxicas
En los últimos años, los ingenieros han seguido la estrategia de enriquecer el electrolito líquido acuoso con sales para mantener el contenido de agua lo más bajo posible. Pero esto también tiene sus desventajas: El electrolito se vuelve viscoso, lo que ralentiza considerablemente los procesos de carga y descarga. Además, muchas de las sales utilizadas contienen flúor, lo que las hace tóxicas y perjudiciales para el medio ambiente.
Maria Lukatskaya, catedrática de Sistemas Electroquímicos de Energía de la ETH de Zúrich, ha unido ahora sus fuerzas a las de colegas de varias instituciones de investigación de Estados Unidos y Suiza para buscar sistemáticamente la concentración de sal ideal para las pilas de iones de zinc basadas en agua. Mediante experimentos apoyados en simulaciones por ordenador, los investigadores han podido revelar que la concentración ideal de sal no es, como se suponía hasta ahora, la más alta posible, sino una relativamente baja: de cinco a diez moléculas de agua por cada ion positivo de la sal.
Rendimiento duradero y carga rápida
Además, los investigadores no utilizaron sales nocivas para el medio ambiente para sus mejoras, optando en su lugar por sales ecológicas de ácido acético, denominadas acetatos. «Con una concentración ideal de acetatos, pudimos minimizar el agotamiento del electrolito y evitar las dendritas de Zinc tan bien como otros científicos lo habían hecho anteriormente con altas concentraciones de sales tóxicas», afirma Darío Gómez Vázquez, estudiante de doctorado del grupo de Lukatskaya y autor principal del estudio. «Además, con nuestro método, las baterías pueden cargarse y descargarse mucho más rápido».
Hasta ahora, los investigadores de la ETH han probado su nueva estrategia de baterías a una escala de laboratorio relativamente pequeña. El siguiente paso consistirá en ampliar la escala del método y ver si también puede aplicarse a baterías de gran tamaño. Lo ideal sería que algún día se utilizaran como unidades de almacenamiento en la red eléctrica para compensar las fluctuaciones, por ejemplo, o en los sótanos de las viviendas unifamiliares para permitir que la energía solar producida durante el día se utilice por la noche.
Aún quedan algunos retos por superar antes de que las pilas de zinc estén listas para el mercado, como explica la profesora Lukatskaya de la ETH: las pilas constan de dos electrodos -el ánodo y el cátodo- y el líquido electrolítico entre ellos. «Hemos demostrado que, ajustando la composición del electrolito, es posible cargar eficazmente los ánodos de zinc», explica. «En el futuro, sin embargo, habrá que optimizar también los materiales de los cátodos para conseguir pilas de zinc duraderas y eficientes».
Publicación originalGomez Vazquez et al.; Creating water-in-salt-like environment using coordinating anions in non-concentrated aqueous electrolytes for efficient Zn batteries. Energy & Environmental Science, 13. März 2023