Investigadores de la Escuela de Ingeniería Cockrell de la Universidad de Texas en Austin han construido un nuevo tipo de batería que combina los muchos beneficios de las ya existentes al tiempo que elimina sus principales deficiencias y ahorra energía
La mayoría de las baterías están compuestas por electrodos de estado sólido, como las baterías de iones de litio para dispositivos electrónicos portátiles, o electrodos de estado líquido, incluidas baterías de flujo para redes inteligentes. Los investigadores de UT han creado lo que ellos llaman una "batería de metal líquido a temperatura ambiente", que incluye lo mejor de ambos mundos de baterías de estado líquido y sólido.
Las baterías de estado sólido cuentan con una capacidad significativa para el almacenamiento de la energía, pero generalmente encuentran numerosos problemas que hacen que se degraden con el tiempo y se vuelvan menos eficientes. Las baterías de estado líquido pueden entregar energía de manera más eficiente, sin el deterioro a largo plazo de los dispositivos de estado sólido, pero no son capaces de satisfacer demandas de alta energía o requieren instalaciones adicionales para calentar constantemente los electrodos y mantenerlos fundidos.
Los electrodos metálicos de la batería desarrollada en UT pueden permanecer licuados a una temperatura de 20 grados Celsius, que es la temperatura de funcionamiento más baja jamás registrada para una batería de metal líquido, según los investigadores. Esto representa un cambio importante, porque las baterías de metal líquido actuales deben mantenerse a temperaturas superiores a 240 grados Celsius.
"Esta batería puede proporcionar todos los beneficios del estado sólido y líquido, incluida más energía, mayor estabilidad y flexibilidad, sin los respectivos inconvenientes, al tiempo que ahorra energía", dijo Yu Ding, investigador postdoctoral en el grupo del profesor asociado Guihua Yu en el Departamento de Ingeniería Mecánica Walker. Ding es el autor principal de un artículo sobre la batería a temperatura ambiente que el equipo publicó recientemente en Advanced Materials.
La batería incluye una aleación de sodio y potasio como ánodo y una aleación a base de galio como cátodo. En el artículo, los investigadores señalan que puede ser posible crear una batería con puntos de fusión aún más bajos utilizando diferentes materiales.
La batería a temperatura ambiente promete más energía que las baterías de iones de litio actuales, que son el corazón de la mayoría de los dispositivos electrónicos personales. Puede cargar y entregar energía varias veces más rápido, dijeron los investigadores.
Debido a los componentes líquidos, la batería se puede ampliar o reducir fácilmente, según la potencia necesaria. Cuanto más grande sea la batería, más potencia puede ofrecer. Esa flexibilidad permite que estas baterías alimenten desde teléfonos inteligentes y relojes hasta la infraestructura de las energías renovables.
"Estamos emocionados de ver que el metal líquido podría proporcionar una alternativa prometedora para reemplazar los electrodos convencionales", dijo el profesor Yu. "Dada la alta energía y densidad de potencia demostrada, esta pila podría implementarse potencialmente tanto para redes inteligentes como para dispositivos electrónicos portátiles".
Los investigadores han pasado más de tres años en este proyecto, pero el trabajo aún no ha terminado. Muchos de los elementos que constituyen la columna vertebral de esta nueva batería son más abundantes que algunos de los materiales clave de las baterías tradicionales, lo que los hace potencialmente más fáciles y menos costosos de producir a gran escala. Sin embargo, el galio sigue siendo un material caro. Encontrar materiales alternativos que puedan ofrecer el mismo rendimiento y reducir el costo de producción sigue siendo un desafío clave.
El siguiente paso para aumentar la potencia de la batería a temperatura ambiente es mejorar los electrolitos, los componentes que permiten que la carga eléctrica fluya a través de la batería.
“Aunque nuestra batería no puede competir con las baterías de metal líquido de alta temperatura en la etapa actual, se espera una mejor capacidad de potencia si los nuevos electrolitos son diseñados con alta conductividad”, dijo Ding.
Fuente: scitechdaily.com, University of Texas at Austin