211service.com
Llegan al mercado las baterías de alta energía
Una empresa suiza dice que ha desarrollado baterías recargables de zinc-aire que pueden almacenar tres veces la energía de las baterías de iones de litio, por volumen, y cuestan solo la mitad. Revuelta , de Staefa, Suiza, planea vender pequeñas baterías de botón para audífonos a partir del próximo año e incorporar su tecnología en baterías cada vez más grandes, introduciendo baterías para teléfonos celulares y bicicletas eléctricas en los próximos años. También está comenzando a desarrollar baterías de gran formato para vehículos eléctricos.
Batería desembalada: Este gráfico ilustra la estructura de varias capas de una batería de zinc-aire recargable ReVolt. De arriba a abajo: la tapa de la batería, que deja pasar el aire; un electrodo de aire poroso; la interfaz entre electrodos; el electrodo de zinc; la carcasa.
El diseño de la batería se basa en tecnología desarrollada en SINTEF , un instituto de investigación en Trondheim, Noruega. ReVolt se fundó para llevarlo al mercado y hasta ahora ha recaudado 24 millones de euros en inversión. James McDougall, el director ejecutivo de la empresa, dice que la tecnología resuelve el problema principal de las baterías recargables de zinc-aire: que por lo general dejan de funcionar después de relativamente pocas cargas. Si la tecnología se puede ampliar, las baterías de zinc-aire podrían hacer que los vehículos eléctricos sean más prácticos al reducir sus costos y aumentar su alcance.
A diferencia de las baterías convencionales, que contienen todos los reactivos necesarios para generar electricidad, las baterías de zinc-aire dependen del oxígeno de la atmósfera para generar corriente. A fines de la década de 1980, se las consideraba una de las tecnologías de baterías más prometedoras debido a su alta capacidad teórica de almacenamiento de energía, dice Gary Henriksen , gerente del departamento de almacenamiento de energía electroquímica en Laboratorio Nacional Argonne en Illinois. La química de la batería también es relativamente segura porque no requiere materiales volátiles, por lo que las baterías de zinc-aire no son propensas a incendiarse como las baterías de iones de litio.
Debido a estas ventajas, las baterías de zinc-aire no recargables se comercializan desde hace mucho tiempo. Pero hacerlos recargables ha sido un desafío. Dentro de la batería, un electrodo de aire poroso atrae oxígeno y, con la ayuda de catalizadores en la interfaz entre el aire y un electrolito a base de agua, lo reduce para formar iones hidroxilo. Estos viajan a través de un electrolito hasta el electrodo de zinc, donde se oxida el zinc, una reacción que libera electrones para generar una corriente. Para la recarga, el proceso se invierte: el óxido de zinc se convierte nuevamente en zinc y se libera oxígeno en el electrodo de aire. Pero después de repetidos ciclos de carga y descarga, el electrodo de aire puede desactivarse, ralentizando o deteniendo las reacciones de oxígeno. Esto puede deberse, por ejemplo, a que el electrolito líquido se introduce demasiado en los poros, dice Henriksen. La batería también puede fallar si se seca o si el zinc se acumula de manera desigual, formando estructuras en forma de rama que crean un cortocircuito entre los electrodos.
ReVolt dice que ha desarrollado métodos para controlar la forma del electrodo de zinc (mediante el uso de ciertos agentes gelificantes y aglutinantes) y para controlar la humedad dentro de la celda. También ha probado un nuevo electrodo de aire que tiene una combinación de catalizadores cuidadosamente dispersos para mejorar la reducción de oxígeno del aire durante la descarga y para aumentar la producción de oxígeno durante la carga. Los prototipos han funcionado bien durante más de cien ciclos y se espera que los primeros productos de la empresa sean útiles durante un par de cientos de ciclos. McDougall espera aumentar esto a entre 300 y 500 ciclos, lo que los hará útiles para teléfonos móviles y bicicletas eléctricas.
Para los vehículos eléctricos, ReVolt está desarrollando una estructura de batería novedosa que se asemeja a la de una pila de combustible. Sus primeras baterías usan dos electrodos planos, que son comparables en tamaño. En las baterías nuevas, un electrodo será un líquido: una suspensión de zinc. Los electrodos de aire tendrán forma de tubos. Para generar electricidad, la suspensión de zinc, que se almacena en un compartimento de la batería, se bombea a través de los tubos donde se oxida, formando óxido de zinc y liberando electrones. Luego, el óxido de zinc se acumula en otro compartimento de la batería. Durante la recarga, el óxido de zinc fluye de regreso a través del electrodo de aire, donde libera el oxígeno, formando zinc nuevamente.
En la batería del vehículo planificada por la empresa, la cantidad de lechada de zinc puede ser mucho mayor que la cantidad de material en el electrodo de aire, lo que aumenta la densidad de energía. De hecho, el sistema sería como un sistema de pila de combustible o un motor convencional, en el que la suspensión de zinc actuaría esencialmente como un bombeo de combustible a través del electrodo de aire como el hidrógeno en una pila de combustible o la gasolina en un motor de combustión. McDougall dice que las baterías también podrían durar más, de 2.000 a 10.000 ciclos. Y, si una pieza falla, como el electrodo de aire, podría reemplazarse, eliminando la necesidad de comprar una batería completamente nueva.
Al igual que con las pilas de combustible, es posible que este sistema deba combinarse con otro tipo de batería para ráfagas de aceleración o para capturar energía de procesos como el frenado. Además, Henriksen señala que otras baterías experimentales de zinc-aire ya han alcanzado 200 ciclos.
El éxito comercial del diseño plano más convencional podría depender de otros factores, como si las nuevas baterías suministran energía a tasas más altas que otras baterías experimentales de zinc-aire, como afirma la compañía, y si se pueden cumplir los objetivos de ciclos más altos. El nuevo diseño basado en tubos aún está lejos de su producción.