La batería ignífuga
Pilas de sal
Desarrolladas originalmente para coches eléctricos, hoy suministran electricidad a antenas de telefonía móvil, y mañana quizá a distritos enteros: La batería de sal es una tecnología segura y duradera con un enorme potencial. Los investigadores de Empa colaboran con un socio industrial para seguir desarrollando estas baterías especiales.
En 1997, el famoso Mercedes-Benz Clase A volcó en una curva durante la prueba del alce. Una de las causas del infame incidente: El coche se diseñó originalmente para ser eléctrico. Al cambiar a un motor de combustión se eliminó la pesada batería, lo que provocó que el centro de gravedad se desplazara demasiado hacia arriba.
La batería que debería haberse instalado en la Clase A era la llamada batería de sal. A diferencia de la mayoría de las demás baterías, en las que el cátodo y el ánodo están sumergidos en una piscina compartida de electrolito líquido, el electrolito de una batería de sal es un sólido, concretamente un conductor iónico cerámico a base de óxido de aluminio y sodio. El electrolito sólido no es inflamable y permite separar el ánodo y el cátodo, lo que aumenta la vida útil de la batería. El cátodo de una batería de sal se basa en gránulos de sal común y polvo de níquel; el ánodo de metal de sodio sólo se forma durante la carga.
Para la electromovilidad, esta tecnología de baterías no ha demostrado ser la mejor solución. Los coches eléctricos actuales funcionan con baterías de iones de litio, que son más ligeras y rápidas de cargar. Sin embargo, para otras aplicaciones, las baterías de sal son superiores a sus competidoras de iones de litio. Por eso se están investigando en Empa, entre otros centros.
Seguras y duraderas
La colaboración en materia de investigación comenzó en 2016, cuando el fabricante de baterías de sal HORIEN Salt Battery Solutions, antes conocido como FZSoNick, con sede en Tesino, se puso en contacto con Empa. La empresa quería mejorar el electrolito cerámico compuesto de óxido de aluminio y sodio, también conocido como beta-alúmina, en sus celdas de batería como parte de un proyecto Innosuisse. Esto dio lugar a otros proyectos sobre la geometría de las celdas y la electroquímica de la batería de sal, ya que difiere mucho de otros tipos de baterías. "El montaje de celdas de baterías de sal con fines de investigación es muy complejo y apenas existen estudios sobre sus mecanismos exactos de acción. Eso es lo que hace que estos proyectos sean tan interesantes para nosotros: Podemos aprender mucho y desarrollar nuestros conocimientos junto con nuestro socio industrial", afirma Meike Heinz, investigadora de Empa del laboratorio de Materiales para la Conversión de Energía, dirigido por Corsin Battaglia.
Esta estructura celular diferente confiere a las baterías de sal algunas ventajas sobre las de iones de litio. Por ejemplo, en términos de seguridad: Aunque las baterías de sal necesitan una temperatura de funcionamiento de unos 300° Celsius, no pueden arder ni explotar. Por eso se utilizan también en lugares donde las baterías de iones de litio ni siquiera están permitidas, como en la minería y la construcción de túneles y en plataformas marinas de producción de petróleo y gas. Debido a su alta temperatura de funcionamiento, las baterías de sal también son mucho menos sensibles a la temperatura que sus homólogas de iones de litio. Esto las convierte en sistemas de almacenamiento de energía de emergencia ideales para infraestructuras críticas, como las antenas de telefonía móvil. Incluso en lugares remotos y expuestos, las baterías de sal, duraderas y sin mantenimiento, pueden hacer su trabajo de forma fiable durante décadas.
Sin embargo, la temperatura de funcionamiento también es un inconveniente de esta tecnología de baterías: Las baterías de sal necesitan un calentamiento activo para estar listas para su uso. ¿Cómo puede ser rentable una batería que necesita electricidad? "Dependiendo de la aplicación, es más eficiente mantener caliente una batería que enfriarla", explica Meike Heinz. "El calor se genera durante la carga y la descarga debido a la resistencia de la célula. En un sistema óptimo, una batería grande puede calentarse sola", añade Enea Svaluto-Ferro, investigadora de Empa.
Química celular para el futuro
Como científicos de materiales, Meike Heinz y su equipo se centran en la química celular. La mayoría de las materias primas de las pilas de sal son baratas y están disponibles en grandes cantidades. Además, la arquitectura de la célula facilita su reciclaje. Sin embargo, dado que el material del cátodo, el níquel, se clasifica cada vez más como crítico, HORIEN y Empa se propusieron reducir el contenido de níquel de las células como parte del proyecto HiPerSoNick, financiado por la Oficina Federal Suiza de la Energía (SFOE). No era tarea fácil, ya que la composición y microestructura de la célula deben coordinarse con gran precisión para garantizar una batería de sal eficiente y duradera.
Como parte del proyecto SOLSTICE de la UE, que se prolongará hasta mediados de 2025, HORIEN y Empa, junto con otros socios del proyecto, están investigando si el níquel de las baterías de sales fundidas podría incluso sustituirse totalmente por zinc. "El bajo punto de fusión del zinc supone un reto a la temperatura de funcionamiento actual", explica Meike Heinz. No obstante, los investigadores ya han encontrado métodos prometedores para estabilizar la microestructura del cátodo.
El equipo de Empa ya está planificando otros proyectos de seguimiento en los que intentará mejorar y ampliar las baterías de sal sin níquel. Al fin y al cabo, su seguridad, larga vida útil y ausencia de materias primas críticas harían que las baterías de sal fueran ideales para el almacenamiento estacionario. Si las baterías de sal pueden producirse a bajo coste y en grandes cantidades, algún día podrían suministrar electricidad no sólo a antenas de telefonía móvil, sino a zonas residenciales enteras.
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 Inglés se puede encontrar aquí.
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