Una batería de zinc impresa en 3D logra almacenar siete veces más energía que las actuales
Los investigadores continúan persiguiendo el Santo Grial de las baterías, con lo que aumentar la autonomía de los coches eléctricos, pero también ofrecer alternativas de almacenamiento estacionario más capaces. Una de las últimas alternativas es una batería híbrida de zinc capaz de multiplicar por siete la capacidad de almacenamiento respecto a tecnologías similares en un diseño que también mejora la durabilidad y reduce los costes potenciales.
Un grupo de investigadores de la Universidad de California en Los Ángeles (UCLA) ha presentado un importante avance que podría cambiar las reglas del juego en el almacenamiento de electricidad.
El equipo ha desarrollado una batería híbrida de zinc con un electrodo fabricado mediante impresión 3D que consigue almacenar más de siete veces la energía que otros sistemas similares disponibles hasta ahora. Además de mejorar de forma notable la capacidad de almacenamiento, la tecnología promete ofrecer una alternativa más barata y sostenible frente a las actuales baterías de litio destinadas al almacenamiento estacionario de energía y a los vehículos eléctricos.
Una batería de zinc con una estructura impresa en 3D que dispara su capacidad
Los investigadores explican que el futuro del almacenamiento energético no dependerá de una única tecnología. Aunque las baterías de litio seguirán desempeñando un papel fundamental, consideran que será necesario complementarlas con otras soluciones para aplicaciones como las redes eléctricas, donde el coste, la durabilidad y la disponibilidad de las materias primas son factores decisivos.
En este caso, el zinc presenta varias ventajas muy interesantes. Se trata de un material unas 100 veces más abundante que el litio, resulta más sencillo de extraer y también ofrece un reciclaje menos complejo, lo que permitiría reducir tanto los costes como el impacto ambiental de este tipo de instalaciones.
La clave del desarrollo está en un electrodo de carbono fabricado mediante impresión 3D con una estructura interna similar a la de una esponja o un panal de abeja. Este diseño incorpora una enorme cantidad de diminutas cavidades que multiplican la superficie disponible para almacenar carga.
Una vez impreso, el electrodo pasa por distintos tratamientos térmicos y químicos hasta obtener una estructura de carbono conductor que posteriormente se recubre con óxido de vanadio, un material capaz de almacenar grandes cantidades de energía.
El resultado es espectacular. Según el equipo de investigación, un solo gramo de este material tendría una superficie equivalente a cerca de diez pistas de tenis si pudiera extenderse completamente.
Gracias a esta arquitectura, la nueva batería híbrida consigue almacenar más de siete veces la carga de otros dispositivos equivalentes. Además, mantiene el 82% de su capacidad después de 1.500 ciclos completos de carga y descarga, una cifra especialmente relevante para aplicaciones de almacenamiento estacionario.
La impresión 3D también mejora la investigación sobre baterías
El estudio no se limita únicamente al desarrollo de la batería. Los investigadores también han diseñado una nueva celda de ensayo impresa en 3D destinada a mejorar la forma en la que se prueban los sistemas de almacenamiento de energía en los laboratorios.
Actualmente, muchos grupos de investigación utilizan un método muy básico que consiste en introducir los electrodos en un recipiente abierto con electrolito. Aunque existen celdas de vidrio específicas para estas pruebas, su precio suele superar los 1.000 euros, por lo que muchos laboratorios optan por soluciones mucho más sencillas.
Este sistema presenta varios inconvenientes. Con el paso del tiempo el electrolito se evapora, lo que altera los resultados y reduce artificialmente la vida útil de las baterías en desarrollo. Además, pequeñas variaciones en la posición de los electrodos pueden modificar las mediciones, dificultando la comparación entre distintos experimentos.
La nueva celda desarrollada por UCLA incorpora una tapa sellada que evita la evaporación del electrolito y mantiene los electrodos siempre a la misma distancia gracias a un sistema de guías integradas.
Las pruebas realizadas muestran una mejora muy importante en la repetibilidad de las mediciones. Mientras que los electrodos analizados con este nuevo sistema conservaron el 98% de su capacidad tras 1.500 ciclos, los ensayados mediante el método tradicional dejaron de funcionar antes de alcanzar los 100 ciclos.
Los responsables del proyecto consideran que este diseño también podría convertirse en una herramienta muy útil para otros grupos de investigación, ya que cualquier laboratorio con acceso a una impresora 3D podrá fabricar fácilmente esta celda de ensayo y adaptarla a sus propias necesidades.
Aunque todavía se trata de una tecnología en fase experimental, este avance demuestra el enorme potencial que tienen las baterías basadas en zinc para complementar a las actuales baterías de litio en aplicaciones de almacenamiento estacionario. Si los próximos desarrollos mantienen estos resultados, podrían convertirse en una alternativa mucho más económica, sostenible y duradera para almacenar la energía procedente de fuentes renovables.
