Más eficientes, ligeras y sostenibles: los investigadores desarrollan baterías de nueva generación

Un enfoque completamente nuevo

01.03.2024

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Científicos de la Universidad Técnica de Darmstadt han logrado un importante éxito en la investigación de baterías: Gracias a una nueva tecnología, han conseguido mejorar notablemente la eficiencia y las propiedades de carga de las denominadas pilas de zinc-aire. Los resultados de su investigación se publican ahora en la revista "Small".

Las pilas de zinc-aire son uno de los sistemas de almacenamiento químico más antiguos y eficaces. El voltaje se genera mediante la reacción del zinc metálico con el oxígeno del aire. Las pilas se utilizan, por ejemplo, como pilas de botón en audífonos y, de forma más amplia, en el funcionamiento de vallas eléctricas y lámparas de señalización.

Sin embargo, estos dispositivos de almacenamiento de energía también tienen serias desventajas: aún no son recargables. Además, requieren electrodos de zinc metálico, que deben aprovecharse al máximo para garantizar la recargabilidad y una gran capacidad de carga y descarga. Sin embargo, como hasta ahora esto sólo ha sido posible con una eficiencia de alrededor del 50%, los ánodos metálicos siempre están sobredimensionados. Como resultado, la producción no es muy eficiente desde el punto de vista de los recursos y las baterías son innecesariamente pesadas e inadecuadas para todo tipo de aplicaciones móviles.

"Se puede pensar en esto como el volumen muerto de una cierta cantidad de gasolina -para usar la imagen de la energía fósil del transporte- que nunca se puede extraer de un depósito, pero que en última instancia siempre hay que llevar para hacer posible su funcionamiento en primer lugar", explica el profesor de química de la TU Jörg J. Schneider. Otro inconveniente de la tecnología de almacenamiento de zinc-aire en su forma actual: Durante la carga repetida pueden formarse estructuras cristalinas en forma de varilla, las llamadas dendritas, que dañan o incluso destruyen la batería.

Un enfoque completamente nuevo

El grupo de investigación de Schneider en Química Inorgánica resolvió estos problemas con un enfoque completamente nuevo: en lugar de utilizar ánodos y cátodos metálicos, los científicos llevan a cabo el proceso de carga y descarga directamente a partir de una solución electrolítica homogénea. El electrolito es parte integrante de toda pila y, en el nuevo concepto, sirve tanto de medio conductor como de fuente para la deposición y disolución del ánodo de zinc. "Al depositar y redisolver el metal activo zinc directamente desde una solución sobre un electrodo de carbono nanoestructurado, estamos iniciando un cambio de paradigma", afirma Daniel Deckenbach, del grupo de investigación. "Así hemos conseguido desarrollar pilas de zinc-aire recargables, funcionales y potentes".

Con la nueva tecnología, las pilas pueden recargarse más de 200 veces con alta potencia y densidad energética. El potencial de optimización es aún mayor. Sin embargo, la utilización de la energía almacenada químicamente ya es casi completamente reversible: la denominada profundidad de descarga es del 92%. "Como no se necesitan más electrodos metálicos para hacer funcionar la célula de la batería y sólo se requiere un mínimo de sustancias químicas, la eficiencia aumenta considerablemente y conseguimos un enorme ahorro de peso en comparación con los anteriores sistemas de almacenamiento de zinc-aire", subraya Schneider. "La posibilidad de recarga con un bajo peso del sistema y una gran eficiencia de los recursos son las principales ventajas de nuestro desarrollo".

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Alemán se puede encontrar aquí.