Investigadores españoles sustituyen los metales por grafeno y crean baterías más potentes, seguras, ligeras y compactas

El Instituto de Ciencia Molecular (ICMol) de la Universitat de València y la corporación Graphenano han creado una batería libre de metales que afirman revolucionará la seguridad y eficiencia de las baterías.

La ciencia se está volcando en la investigación y el desarrollo de nuevas tecnologías que impulsen la transición hacia sistemas de energía más eficientes y sostenibles. Y el último hallazgo realizado por dos entidades españolas supone un ejemplo más de ello.

Hablamos en concreto del proyecto protagonizado por Graphenano y el Instituto de Ciencias Moleculares (ICMol) de la Universitat de València, que han desarrollado la primera celda de batería sin colectores de corriente ni terminales metálicos.

El sistema, que utiliza grafeno y nanomateriales de carbono en su lugar, conduce a la producción de baterías más seguras, livianas y eficientes, afirma la institución valenciana. «Su aplicación en el campo del vehículo eléctrico, la aviación o el almacenamiento estacionario, entre otros, revoluciona el sector de las baterías».

Cómo es la batería sin metales

La universidad valenciana explica que el proyecto ha logrado eliminar la necesidad de utilizar láminas de cobre, aluminio o acero en las baterías convencionales para evacuar la corriente eléctrica, así como los tabs (terminales de corriente) de níquel u otros metales que se utilizan para trasladar la energía del interior al exterior de la batería.

En su lugar, se ha utilizado grafeno y otros nanomateriales de carbono, los cuales son materiales con buena conductividad eléctrica. Esto ha permitido disminuir significativamente el peso y el volumen de los dispositivos, aumentando la densidad energética entre un 30 % y un 60 %. Además, se ha eliminado el riesgo de accidente por explosión o incendio al contacto con el aire, tal y como se ha comprobado en los ensayos.

«Hemos patentado una tecnología que soluciona el problema de seguridad en baterías con una aproximación disruptiva», señala Martín Martínez, presidente ejecutivo de Graphenano. «Nuestro sistema proporciona tal estabilidad química que la batería no arde al contacto con el aire, ni siquiera en presencia de agua, lo que permite prescindir de los pesados blindajes de seguridad de las baterías actuales», explica el empresario.

Esta técnica permite, pues, desarrollar baterías más seguras, ligeras, potentes, compactas y, en definitiva, más sostenibles. La disminución de peso y volumen permite aumentar tanto la densidad energética (en vatios por hora por kilogramo) como la volumétrica (vatios hora por litro). Todo ello sin necesidad de substituir la maquinaria actual de ensamblado de celdas, lo que facilita su implementación sin un coste industrial excesivo.

Más sostenible y versátil

La nueva celda es más sostenible y reciclable debido a la eliminación de metales de los colectores, lo que reduce su huella de carbono y fomenta el reciclaje de materiales. Esto se alinea con la estrategia de la Comisión Europea, Battery Passport, para controlar el ciclo de vida completo de la batería, indica la Universitat de València.

A esto se une la no necesidad de metales escasos en la Tierra, lo cual tiene un impacto positivo en la economía y en la geoestrategia mundial.

Este sistema es versátil y se puede utilizar en diferentes productos químicos, como litio o sodio, y abre nuevas posibilidades en baterías con silicio, supercondensadores, pilas de combustible y electrolizadores de hidrógeno, indica la institución.

Qué es el grafeno

El grafeno es un material nanométrico bidimensional, consistente en una sola capa de átomos de carbono fuertemente cohesionados mediante enlaces que presentan hibridación sp2 y dispuestos en una superficie uniforme, ligeramente ondulada, con una estructura semejante a la de un panal de abejas por su configuración atómica hexagonal. Hablamos de una de las formas alotrópicas del carbono, como lo son también el grafito y el diamante.

El grosor del grafeno oscila entre 1 y 10 átomos de carbono. Es el material más resistente que se conoce en la naturaleza, siendo más fuerte que el acero estructural con su mismo espesor y más duro que el diamante. Además, es elástico y flexible, lo que le permite soportar cargas y tensiones sin romperse.

También tiene una gran conductividad térmica y eléctrica, lo que le permite disipar el calor y soportar intensas corrientes eléctricas sin calentarse. Es prácticamente transparente, hidrófugo y tan denso que ni siquiera el gas helio puede atravesarlo. También tiene una alta movilidad de electrones, lo que lo hace ideal para aplicaciones en dispositivos nanoelectrónicos.

El grafeno tiene increíbles propiedades mecánicas, electrónicas, químicas, magnéticas y ópticas que lo han convertido en uno de los nanomateriales más estudiados en la actualidad. Además, al ser carbono puro, es abundante en la naturaleza y ecológico. Se espera que tenga un gran impacto en una amplia variedad de aplicaciones en diferentes sectores, como la electrónica, la energía, la medicina, la aeronáutica y la automoción.

El grafeno fue descubierto por los doctores Konstantin Novoselov y Andre Geim en el año 2004, ambos ganadores del Premio Nobel de Física en 2010 por sus investigaciones en este material. Su descubrimiento abrió las puertas a una gran cantidad de investigaciones y desarrollos en el campo de los materiales 2D, y se espera que continúe siendo un tema de gran interés en la investigación científica y tecnológica en el futuro.

Fuente | Universitat de Valéncia