Baterías de fundido-aire, nuevo hito en capacidad de almacenamiento


Bateria-fundido-aire

Científicos de la Universidad de George Washington dirigidos por el Profesor Stuart Licht han presentado los principios de funcionamiento de una nueva clase de baterías recargables, las baterías de fundido-aire, que se colocan entre las tecnologías con mayor capacidad de almacenaje de energía.

En un artículo recientemente publicado en la revista científica Energy & Environmental Science, el equipo de Licht enseña tres ejemplos de la química de transferencia de electrones de la nueva batería. Se trata de baterías de aire y un fundido de carbonato con hierro, carbono o boruro de vanadio, con capacidades de 10.000, 19.000 y 27.000 Wh/L respectivamente. Un gran aumento densidad energética en comparación con los 6.200 Wh/L de una batería de litio-aire, o los menos de 1.000 de una batería de ion litio.

Fundido-Aire

En 2008 ya se presentó una batería con ánodo de boruro de vanadio estabilizada usando zirconia. El boruro de vanadio es capaz de liberar hasta 11 electrones en cada reacción química a temperatura ambiente usando un electrolito acuoso. La gran cantidad de electrones implicados en la reacción redox del boruro de vanadio dispara la densidad energética de estos acumuladores hasta 10 veces por encima de las baterías de ion litio, en las que solo se transfiere un electrón, lo que limita mucho la densidad energética.

Una batería de fundido-aire con ánodo de boruro de vanadio llegaría incluso a superar la densidad energética de la gasolina. El reto era conseguir reinsertar los 11 electrones en los productos formados tras la descarga de la batería, es decir, la recarga.

Baterias-fundido-aire

Las baterías de fundido-aire comparten con las conocidas baterías ZEBRA de sodio fundido que el electrolito es un sólido a temperatura ambiente que requiere pasar a estado liquido para su funcionamiento. Para ello las baterías alcanzan temperaturas elevadas, que pueden llegar a los 700ºC en algunos casos o quedarse en los 245ºC como en el caso de las baterías ZEBRA de sal de sodio.

Las altas temperaturas requieren mayores medidas de seguridad y materiales apropiados para el resto de componentes. Pero a diferencia de las baterías de fundido recargables anteriores, las nuevas baterías no sufren el lastre del peso del cátodo. Como en el resto de baterías metal-aire, estas baterías recogen el oxigeno directamente del aire dando lugar a una batería de gran densidad energética.

Hierro-fundido-aire

El hierro ha sido muy estudiado para su uso en baterías por su disponibilidad y su capacidad de transferir 3 electrones en cada proceso redox, pero las baterías no mantenían sus propiedades con el uso. En 2010 el equipo de Licht utilizo carbonato de litio (Li2CO3) fundido, que sorprendentemente disolvía muy bien el óxido de hierro y permitía su reducción a hierro metálico liberando oxigeno.

Basándose en los conocimientos de la pila de combustible de carbonato fundido y aprovechando la solubilidad del óxido de hierro en el carbonato en estado liquido, estudiaron su aplicación en baterías recargables de (carbonato) fundido-aire. Durante la carga de la batería de fundido-aire el óxido de hierro es transformado a hierro metálico y durante la descarga el hierro se vuelve a oxidar a óxido de hierro.

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Para la demostración usaron carbonato de litio que se funde a 723ºC por tener una buena capacidad de disolver el hierro, pero el carbonato fundido dispone de muchas opciones para estabilizarse incluyendo mezclas alcalinas con puntos de fusión de tan solo 400ºC. Conocer mejor estas composiciones para el electrolito podría mejorar la eficiencia y la funcionalidad de las pilas.

Además de con hierro el grupo de Licht probó también con carbono y boruro de vanadio, demostrando que el electrolito de carbonato es compatible con una gran variedad de electrodos de gran capacidad. Las rudimentarias baterías fabricadas para probar el concepto ofrecieron voltajes rondando la unidad, de 0,9 V a 1,2 V dependiendo del ánodo utilizado, y una eficiencia Coulombica entre el 75 y el 85%.

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Por otro lado los conocimientos en este tipo de electroquímica son aun escasos. Por ejemplo, no hay estudios sobre como recargar los fundidos de óxido de vanadio y de óxido de boro producidos durante la descarga. Será necesario estudiar la composición y la morfología del electrolito, y luego habría que determinar su duración y su rendimiento.

No es una tecnología que vaya a llegar al mercado en breve, y probablemente llegue a sistemas de almacenaje de energía para la red eléctrica antes de ponerse sobre ruedas. Pero como con cada nuevo avance en baterías se demuestra que los vehículos eléctricos aun tienen mucho potencial y que la apuesta por la movilidad eléctrica es una apuesta segura.

Fuente | RSC



Energias renovables

13 Comment responses

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    September 18, 2013

    Yo es que estoy hasta los huevos (con perdón) de leer sobre avances en este u ese campo en tal o cual Universidad. Yo quiero ver esos avances en productos de consumo y que se dejen de milongas. Son ya muchos años de promesas sobre nuevas baterías y nada de nada…

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      September 18, 2013

      Yo no me considero un simple consumidor que traga lo que hay en el mercado.
      Encantado de este tipo de posts, son en los que más se aprende.

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      September 18, 2013

      antes de toda estas publicaciones se dice que son investigaciones y se dan a conocer las cualidades de ciertas conbinaciones, me pregunto porque no usan sus super-ordenadores para simular la mejor Conbinación Molecular o dar un nuevo concepto de motor electrico, todos sabemos que no solamente se depende de la cantidad de electricidad usada.

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    September 18, 2013

    Lo de “puede llegar a 700º” no suena muy bien, más que una “pila” suena a llevar una mini central térmica.

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      September 18, 2013

      Más se calienta un motor de gasolina.

      Coincido con Javi, hasta los hegs de tanto palos de ciego.

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        September 18, 2013

        ¿Un gasolina a más de 700ºC? Ni un diesel llega a tales temperaturas. Como mucho, y en la cámara de combustión, se llega a los 550ºC.

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          September 18, 2013

          Ok, 550ºC.

          Pero para mi 550 y 700 es ponerse “a parir”

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            September 19, 2013

            bueno, el aceite de los F18 a postcombustión se pone a 800ºC, si eso cuenta…

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    September 18, 2013

    Por que os molestan estas noticias?.
    Yo creo que es mejor tener estas noticias que no tenerlas. Entre tantos, alguno acertará…
    Saludos.

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    September 18, 2013

    Parece que no conozcáis como funciona el mercado y en general la venta de productos:

    Por un lado se crea en el consumidor la idea de que la tecnología sigue en evolución, pero de forma lenta y con vistas a futuro.

    Por otro lado se vende todo el stock actual, añadiendo pequeñas mejoras año tras año… y así hasta el infinito, solamente la fuerte competencia hace que las empresas saquen el armamento pesado, y que “el futuro” sea hoy.

    Personalmente si creo que ya existen varias tecnologías de baterías competentes y revolucionarias en comparación a las actuales, pero no las veremos hasta que alguna marca tenga auténtica demanda (a ver cual se come el mercado) y pague “lo que sea” por innovar.

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      September 19, 2013

      Para los que no conozcan como funciona la I+D.
      Para poder sacar adelante el proyecto de I+D y conseguir finaciacion privada y subvenciones publicas, el investigador ” reformula positivamente” su investigacion. Exagera la importancia de las ventajas y esconde cualquier problema o inconveniente que pudiera tener el invento.

      Si van bien las cosas, consiguie financiacion, realiza el proyecto y tiene exito… conseguira un infimo avance de la ciencia o de la tecnologia. Entonces decide divulgarlo contandolo a un periodista que no tienen ni idea del asunto, y que unicamente busca la forma de presentar ese aburrido avance de manera espectacular. Asi que exagera terriblemente. Si has conseguido desarrollar un nuevo catodo que mejora el rendimiento ligeramente ( a costa de ser mucho mas caro y tener una vida mas corta). El periodista titulará “Una nueva generacion de baterias ultraeficientes revolucinaran el sector del automovil”

      La tecnologia avance dando pequeños pasitos, en cada investigacion se amplia un poco mas el conocimiento y mejora un poco….. Pero a los medios solo les gustan los grandes inventos revolucionarios, y todo lo presentan asi.

      La I+D funciona y se va mejorando. Las baterias ganan en capacidad, fiabilidad, vida util… al tiempo que se reducen los costes.

      Pensar que los pequeños avances son debido a extrategias comerciales y que no les interesan dar grandes saltos tecnologicos, es absurdo. Si un fabricante de baterias supiera como hacer baterias con el doble de capacidad o de vida util… las sacaba lo antes posible y se hacia en lider del sector.

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    September 18, 2013

    el otro día encontré una noticia en la que hablaban de que nissan había conseguido aumentar un 30% la densidad energética de sus baterías, y que pronto lo veríamos en el mercado, pero está claro que hasta que se les acaben las baterías actuales y saquen la segunda generación del Leaf (para mi la versión del 2013 es simplemente más afinada y con algún extra) no lo vamos a ver.

    Si finalmente aumenta la autonomía un 30% ya se podría hacer los 200km por carretera sin problema…. para el 2015 supongo

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