211service.com
Nuevas baterías de espuma prometen carga rápida y mayor capacidad
A pesar de la inversión de miles de millones de dólares y el lanzamiento de varias empresas emergentes de alto perfil, el sector de la energía todavía enfrenta un desafío fundamental y aparentemente insoluble: es muy difícil almacenar mucha energía de una manera compacta, duradera y de bajo costo. . Un número creciente de investigadores espera resolver eso con lo que se conoce como baterías tridimensionales, que pueden tomar varias formas pero tienden a tener estructuras porosas, similares a esponjas, a diferencia de la forma bidimensional tradicional: capas delgadas de metal. en una solución de electrolito líquido dentro de una caja (consulte Una batería y baterías de reloj inteligente estirables, flexibles y más potentes: ¿la forma más barata de energía de la red?).
En los últimos meses, una startup llamada Bateria Prieto , escindida de la Universidad Estatal de Colorado en Fort Collins, ha logrado producir lo que la fundadora Amy Prieto llama la primera batería 3D verdadera que se puede cargar y descargar, y que mantendrá la carga; en otras palabras, que cumple con los requisitos básicos de una batería convencional. Las baterías 3-D podrían ser más baratas de fabricar, más rápidas de cargar, más seguras, más pequeñas y menos tóxicas para el medio ambiente que las baterías convencionales. Además, debido a que se pueden hacer livianos, flexibles y en una variedad casi ilimitada de formas, podrían ofrecer aplicaciones de almacenamiento de energía que antes eran inimaginables.
La batería de estado sólido 3-D de Prieto representa dos diferencias radicales con respecto a las baterías actuales: de qué están hechas y cómo están hechas. En el laboratorio de Prieto, justo debajo de las estribaciones de las Montañas Rocosas, una serie de ocho recipientes poco profundos llenos de agua se encuentran en una mesa empotrada. Junto a la línea hay un estante con rollos de espuma de cobre de diferentes densidades. La espuma es la materia prima de las baterías, sobre la cual se galvaniza el ánodo, hecho de antimoniuro de cobre (cobre mezclado con antimonio). La espuma es tan porosa que en su mayor parte es aire, pero un pequeño fragmento podría contener una enorme superficie. El aumento del área superficial reduce la distancia que los iones tienen que viajar, aumentando así tanto la potencia como la densidad de energía.
Una vez que la espuma está recubierta con el ánodo, se recubre con un electrolito de polímero que proporciona una barrera física a través de la cual pueden moverse los iones (pero no los electrones). Finalmente, el cátodo se aplica en forma de una suspensión oscura de tinta. El producto final es una batería de espuma de un par de pulgadas de ancho y del grosor de una hoja de papel. Selladas en una bolsa de plástico, las baterías Prieto pueden cargarse rápidamente, almacenar hasta el doble de energía por unidad de volumen que las baterías convencionales y carecer de la desafortunada propensión al sobrecalentamiento de las baterías de iones de litio.
La idea de utilizar materiales porosos para los componentes de las baterías no es nueva: muchas baterías de plomo-ácido convencionales, por ejemplo, utilizan espuma de plomo en el ánodo. La noción de una batería completa hecha con una arquitectura interna porosa surgió del trabajo de Debra Rolison, química investigadora del Laboratorio de Investigación Naval que dirige la Sección de Materiales Electroquímicos Avanzados del laboratorio. Rolison comenzó a investigar nuevos materiales catalizadores para celdas de combustible a principios de la década de 1990, y en 1998 propuso una batería compuesta de aerogeles de carbono, materiales porosos en los que se puede insertar un material de cátodo para crear una batería tridimensional. Cuando presentó la idea por primera vez, dice, el 99 por ciento de las personas pensó que estaba loco. Pero una serie de investigadores ahora están persiguiendo el concepto, algunos con materiales novedosos como champiñones portobello y celulosa de pulpa de madera .
La tecnología de baterías 3-D como la de Prieto, dice Max Hamedi, un investigador de Harvard que está trabajando en baterías de espuma elástica hechas de pulpa de madera, tiene el potencial de superar cualquier batería que pueda construir en sistemas 2-D. Este trabajo está explotando ahora mismo.
Prieto ha buscado desde el principio la sencillez, utilizando materiales comunes en un proceso de fabricación de bajo coste que se pueda ampliar fácilmente. El primer producto de la compañía no es una batería completa, sino un ánodo de espuma de cobre de reemplazo directo que reemplazará a los ánodos de grafito en las baterías convencionales. En septiembre, Prieto anunció una asociación con Intel que permite a la startup aprovechar la experiencia del Technology Manufacturing Group del fabricante de chips. Los primeros ánodos de reemplazo de Prieto podrían estar en el mercado a fines de 2016, dice su fundador, y podría seguir una batería completa para 2018.
Por supuesto, hay otras empresas que impulsan la innovación en baterías de estado sólido. Sakti3 está trabajando en baterías de iones de litio de estado sólido que tienen entre la mitad y un tercio del tamaño de los sistemas convencionales, con la misma capacidad de almacenamiento de energía (consulte Una batería innovadora obtiene un gran respaldo). Seeo, una empresa emergente con sede en California centrada en baterías de estado sólido con ánodos de metal de litio, fue adquirida recientemente por Bosch, uno de los principales proveedores de la industria automotriz (consulte Una batería prototipo podría duplicar la autonomía de los automóviles eléctricos). Ninguna de estas empresas utiliza una arquitectura de espuma tridimensional.
Vemos el potencial de la tecnología de Prieto para contribuir a las innovaciones en dispositivos portátiles, donde las baterías de estado sólido con alta densidad de energía podrían permitir nuevos usos atractivos, dice Mark Pontarelli, gerente general de la incubadora de negocios interna de Intel. La espuma de cobre podría usarse para crear baterías que llenen con precisión los espacios vacíos en un diseño, proporcionando más duración de la batería sin aumentar el tamaño del producto.
Como indica Pontarelli, es probable que las primeras aplicaciones sean pequeñas, en sistemas portátiles y productos electrónicos de consumo, por ejemplo, pero no hay una razón evidente por la que las baterías de espuma no puedan funcionar en vehículos eléctricos y, algún día, en sistemas de almacenamiento a escala de red.