Inventan “baterías de agua” reciclables que no se incendian ni explotan

Un equipo global de investigadores y colaboradores de la industria dirigido por la Universidad RMIT ha inventado “baterías de agua” reciclables que no se incendian ni explotan.

El almacenamiento de energía de iones de litio domina el mercado debido a su madurez tecnológica, pero su idoneidad para el almacenamiento de energía en redes a gran escala está limitada por preocupaciones de seguridad con los materiales volátiles en su interior.

El investigador principal, el distinguido profesor Tianyi Ma, dijo que sus baterías estaban a la vanguardia de un campo emergente de dispositivos de almacenamiento de energía acuosa, con avances que mejoran significativamente el rendimiento y la vida útil de la tecnología.

“Lo que diseñamos y fabricamos se denominan baterías acuosas de iones metálicos, o podemos llamarlas baterías de agua“, dijo Ma, de la Facultad de Ciencias de RMIT.

El equipo utiliza agua para reemplazar electrolitos orgánicos, que permiten el flujo de corriente eléctrica entre los terminales positivo y negativo, lo que significa que sus baterías no pueden provocar un incendio ni explotar, a diferencia de sus contrapartes de iones de litio.

“Al abordar los desafíos de eliminación al final de su vida útil que enfrentan los consumidores, la industria y los gobiernos en todo el mundo con la tecnología actual de almacenamiento de energía, nuestras baterías se pueden desmontar de manera segura y los materiales se pueden reutilizar o reciclar“, dijo Ma.

La simplicidad de los procesos de fabricación de sus baterías de agua ayudó a que la producción en masa fuera factible, afirmó.

“Utilizamos materiales como el magnesio y el zinc que abundan en la naturaleza, son económicos y menos tóxicos que las alternativas utilizadas en otros tipos de baterías, lo que ayuda a reducir los costos de fabricación y reduce los riesgos para la salud humana y el medio ambiente”.

El equipo ha creado una serie de baterías de prueba a pequeña escala para numerosos estudios revisados por pares con el fin de abordar diversos desafíos tecnológicos, incluido el aumento de la capacidad de almacenamiento de energía y la vida útil.

En su último trabajo han triunfado sobre un gran desafío: el crecimiento de dendritas disruptivas, que son formaciones metálicas puntiagudas que pueden provocar cortocircuitos y otras fallas graves.

El equipo cubrió las piezas afectadas de la batería con un metal llamado bismuto y su óxido (también conocido como óxido) como una capa protectora que impedía la formación de dendritas.

¿El resultado?

“Nuestras baterías ahora duran mucho más, comparable a las baterías de iones de litio comerciales del mercado, lo que las hace ideales para uso intensivo y de alta velocidad en aplicaciones del mundo real.

“Con una capacidad impresionante y una vida útil prolongada, no solo hemos avanzado en tecnología de baterías, sino que también hemos integrado con éxito nuestro diseño con paneles solares, mostrando un almacenamiento de energía renovable eficiente y estable“.

La batería de agua del equipo está acortando distancias con la tecnología de iones de litio en términos de densidad de energía, con el objetivo de utilizar el menor espacio posible por unidad de energía.

“Recientemente fabricamos una batería de agua de iones de magnesio que tiene una densidad de energía de 75 vatios-hora por kilogramo (Wh kg-1), hasta un 30% de la de las últimas baterías de automóviles Tesla“.

“El siguiente paso es aumentar la densidad de energía de nuestras baterías de agua mediante el desarrollo de nuevos nanomateriales como materiales para los electrodos”.

Ma dijo que es probable que el magnesio sea el material elegido para las futuras baterías de agua.

“Las baterías de agua de iones de magnesio tienen el potencial de reemplazar las baterías de plomo-ácido en el corto plazo (entre uno y tres años) y potencialmente reemplazar las baterías de iones de litio en el largo plazo, dentro de cinco a diez años”.

“El magnesio es más liviano que los metales alternativos, incluidos el zinc y el níquel, tiene una mayor densidad de energía potencial y permitirá que las baterías tengan tiempos de carga más rápidos y una mejor capacidad para soportar dispositivos y aplicaciones que consumen mucha energía”.

Ma dijo que las baterías del equipo eran muy adecuadas para aplicaciones a gran escala, lo que las hacía ideales para el almacenamiento en la red y la integración de energías renovables, especialmente en términos de consideraciones de seguridad.

“A medida que nuestra tecnología avance, otros tipos de aplicaciones de almacenamiento de energía a menor escala, como alimentar los hogares y los dispositivos de entretenimiento de las personas, podrían convertirse en una realidad”.

Como parte de un proyecto ARC Linkage, el equipo de Ma desarrolla continuamente sus baterías de agua en colaboración con su socio industrial GrapheneX, un innovador tecnológico con sede en Sydney.

“También colaboramos estrechamente con investigadores y expertos de universidades e instituciones de investigación de renombre en Australia, EE. UU., Reino Unido, Japón, Singapur, China y otros lugares.

Estas colaboraciones facilitan el intercambio de conocimientos y el acceso a instalaciones de última generación.

Aprovechando la experiencia de este equipo global en diferentes áreas, podemos abordar los complejos desafíos involucrados desde varios ángulos”.

Fuente: EurekAlert