Baterías de fundido-aire. Baja la temperatura, suben las expectativas

Vuelven las baterías de fundido-aire,  las que poseen una densidad energética hasta 30 veces la de una batería de ion litio, más que las litio-aire, más incluso que la propia gasolina. Los últimos avances presentan una generosa reducción de esta temperatura, lo que facilitaría su aplicación en vehículos eléctricos.

Tan solo unos meses después de su presentación llegan mejoras en su rendimiento junto con una bajada en la temperatura de funcionamiento. Y los científicos aun esperan conseguir más. Estas tecnología ya tiene su punto de mira en mira en los coches eléctricos, aunque podrían volar más alto.

Hace unos meses científicos de la Universidad de George Washington (Virginia) presentaron las baterías de fundido-aire, con capacidades ente los 10.000 y los 27.000 Wh/L, postulandose como la tecnología con mayor capacidad de almacenaje de energía. 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, una batería de fundido-aire con ánodo de boruro de vanadio llegaría incluso a superar la densidad energética de la gasolina.

La clave de esta gran capacidad está en la reacción química entre el electrolito y los electrodos y concretamente en la gran cantidad de electrones implicados. En el caso de la batería con ánodo de boruro de vanadio la reacción redox libera hasta 11 electrones. En las baterías de ion litio tan solo se transfiere un electrón.

Pero las baterías de fundido-aire operan a temperaturas muy elevadas para mantener su electrolito fundido. En los resultados ofrecidos anteriormente las baterías alcanzaban temperaturas rondando los 730ºC, una temperatura demasiado elevada para tener aplicaciones prácticas, especialmente en el mundo de la automoción. 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.

El electrolito empleado en la primera generación de estas baterías era carbonato de litio (Li₂CO₃) que se funde a 723ºC. Ya entonces el grupo dirigido por el profesor Stuart Licht adelantó que el carbonato fundido dispone de muchas opciones para estabilizarse incluyendo mezclas alcalinas con puntos de fusión de tan solo 400ºC. 9 meses después se presenta en Journal of Materials Chemistry A la confirmación de dicho pronostico. En el artículo con título «A low temperature iron molten air battery» la temperatura de funcionamiento de las baterías de fundido-aire se reduce en más de 100ºC gracias al descubrimiento de una mezcla estable con un punto eutéctico de temperatura inferior.

Aunque la composición elegida, Li_0.87Na_0.63K_0.50CO₃, tiene su punto de fusión en 393ºC se obtiene el mejor rendimiento a 600ºC. De esta forma, además de reducir la temperatura de funcionamiento, se mejora también la eficiencia Coulombica de sus predecesoras, pasando de un máximo del 85% al 92%, y el voltaje se aumenta también hasta los 1,3 V. A cambio se producen otras pérdidas, como mayores polarizaciones de los electrodos a temperaturas bajas y un electrolito con menor conductividad que los anteriores compuestos, algo para lo que los autores de este trabajo ya tienen ideas, como el uso de ciertos aditivos.

Cabe recordar que existen prototipos de vehículos con baterías de sodio que trabajan a temperaturas de más 200ºC, como las Zebra de níquel-cloruro de sodio (245ºC) o las baterías de sodio fundido. Unas baterías con la densidad energética de las aquí presentadas, comparables a los combustibles fósiles, pueden apuntar más alto, podrían revolucionar el mundo de la aviación.

Fuente | RSC