Las baterías de zinc alargan su vida útil gracias a la carga rápida

La carga rápida suele acelerar los tiempos, pero lo puede hacer a costa de acortar la vida útil de las baterías si estas no están convenientemente preparadas. Sin embargo, un equipo de investigadores del Instituto Tecnológico de Georgia ha descubierto que en las baterías de iones de zinc ocurre justo lo contrario: la carga rápida no degrada el material, sino que lo fortalece y mejora su rendimiento.

Este desarrollo, publicado en la revista Nature Communications, puede abrir la puerta a una nueva generación de sistemas más seguros y económicos para aplicaciones que van desde los coches eléctricos, pero también otras aplicaciones como el almacenamiento estacionario y la estabilización de la red eléctrica donde las cifras de potencia suelen ser mucho más elevadas.

Por qué zinc y no litio

El zinc es un material que lleva tiempo en el radar de la investigación de baterías. Es más abundante, barato y seguro que el litio. Sin embargo, un obstáculo ha frenado su desarrollo: la formación de dendritas, esas estructuras en forma de aguja que aparecen durante la carga y pueden llegar a provocar un cortocircuito y que acortan de forma drástica su vida útil.

Como recordamos, una batería de zinc-aire consta de un electrodo negativo de zinc y un electrodo positivo de aire. La principal desventaja de estos ha sido la limitada potencia de salida, debido al bajo rendimiento de los electrodos de aire, y su corta vida útil. Pero su potencial es enorme debido a la sencillez de su química, zinc, aire y agua, lo que abarata su proceso de producción.

En este caso, lo sorprendente es que el equipo de investigación comprobó que la carga rápida en las celdas de zinc elimina la formación de dendritas en lugar de favorecerla. En vez de crecer picos irregulares y peligrosos, el zinc se apilaba en capas densas y lisas, como si fueran libros bien ordenados.

Ese patrón estructural no solo reduce el riesgo de fallo, sino que prolonga la vida útil de la batería. Se rompe así la idea convencional de que la carga rápida reduce la durabilidad, un cambio de paradigma que podría transformar la forma en que se diseñan las baterías y los usos en los que pueden aplicarse.

Zinc, lo que falta por resolver

El ánodo de zinc parece estar resuelto con este hallazgo, pero el cátodo todavía necesita mejoras para estar a la altura en términos de rendimiento y longevidad. El equipo trabaja también con mezclas de zinc que hagan la celda más robusta y permita mantener un equilibrio entre ambas partes.

Para llegar a estas conclusiones, los investigadores desarrollaron una herramienta a medida que les permitió observar en tiempo real el comportamiento del zinc bajo distintos ritmos de carga. Esa visión simultánea de múltiples muestras aceleró el proceso de investigación y permitió detectar patrones que se habrían pasado por alto en estudios convencionales.

Los desarrolladores lo resumen así: no se trataba solo de comprobar si la batería funcionaba o no, sino de ver cómo evolucionaba la estructura interna del material durante la carga. Y esa observación directa fue la clave para entender por qué la carga rápida previene la formación de dendritas en las baterías de iones de zinc.

Un avance que tiene enormes repercusiones de lograr llegar al mercado. Y es que además de coches, otros sectores industriales pueden beneficiarse de un tipo de batería compatible con las cargas ultrarrápidas: camiones, maquinaria minera, barcos, aviones...etc.

Con el precio del litio fluctuando y las tensiones en la cadena de suministro, el zinc se puede convertir en una alternativa cada vez más atractiva. Según los responsables del proyecto, si los desarrollos continúan a buen ritmo, estas baterías podrían estar listas para uso comercial antes de 2030.

Fuente | Research.gatech