Científicos japoneses crean la batería de aire recargable de estado sólido que promete más rendimiento a menor coste

El desarrollo de la batería de aire recargable de estado sólido por parte de los científicos de la Universidad de Waseda y la Universidad de Yamanashi representa un avance prometedor en el campo de las baterías.

Esta tecnología ofrece mayor capacidad y durabilidad, además de ser más segura y respetuosa con el medio ambiente. Y, si bien todavía queda camino por recorrer antes de su implementación comercial, este avance allana el camino hacia una nueva generación de baterías más eficientes y contribuye a la búsqueda de soluciones energéticas sostenibles en la sociedad actual.

Cómo es la nueva batería sólida de aire

Bajo la dirección del profesor Kenji Miyatake y el coautor profesor Kenichi Oyaizu, los investigadores han logrado importantes avances en términos de capacidad y durabilidad.

En lugar de utilizar los materiales convencionales encontrados en las baterías de aire, el equipo de investigadores optó por una sustancia química conocida como 2,5-dihidroxi-1,4-benzoquinona (DHBQ) y su polímero correspondiente poli(2,5-dihidroxi-1,4-benzoquinona-3,6-metileno) (PDBM) como materiales activos para el electrodo negativo.

Estos materiales fueron seleccionados debido a sus reacciones redox estables y reversibles en condiciones ácidas. Además, en lugar de los electrolitos líquidos convencionales, se empleó un polímero conductor de protones llamado Nafion como electrolito sólido. Esta combinación de materiales es pionera en el campo de las baterías de aire, según Miyatake.

Una vez que se instaló el SSAB, los investigadores llevaron a cabo una serie de pruebas para evaluar su rendimiento de carga y descarga, así como su capacidad de ciclabilidad.

Los resultados revelaron una característica destacada del SSAB: a diferencia de las baterías de aire convencionales que utilizan electrodos negativos metálicos y electrolitos líquidos orgánicos, el SSAB no se deterioró en presencia de agua y oxígeno.

Además, el reemplazo de la molécula activa redox DHBQ por su contraparte polimérica PDBM condujo a un mejor electrodo negativo. Mientras que la capacidad de descarga por gramo del SSAB-DHBQ fue de 29,7 mAh, el valor correspondiente para el SSAB-PDBM alcanzó los 176,1 mAh, a una densidad de corriente constante de 1 mA/cm².

Los investigadores también descubrieron que la eficiencia culómbica del SSAB-PDBM fue del 84 % a una tasa de carga de 4 C, la cual disminuyó gradualmente al 66 % a una tasa de carga de 101 C.

Aunque la capacidad de descarga del SSAB-PDBM se redujo al 44 % después de 30 ciclos, los investigadores lograron mejorarla significativamente al 78 % mediante el aumento del contenido de polímero conductor de protones en el electrodo negativo.

Las imágenes microscópicas electrónicas confirmaron que la adición de Nafion mejoró el rendimiento y la durabilidad del electrodo basado en PDBM.

Grandes expectativas de futuro

Este estudio demuestra de manera exitosa el funcionamiento de un SSAB que utiliza moléculas orgánicas redox activas como electrodo negativo, un polímero conductor de protones como electrolito sólido y un electrodo positivo de tipo difusión reductor de oxígeno.

Los investigadores involucrados en este proyecto tienen grandes expectativas sobre el impacto potencial de esta tecnología en el campo de las baterías y en la transición hacia una sociedad libre de carbono.

Al mejorar la capacidad de carga y descarga de las baterías de estado sólido, se podrían lograr dispositivos más eficientes y duraderos, reduciendo la necesidad de reemplazar las baterías con frecuencia.

Además, el uso de materiales orgánicos y electrolitos de polímero sólido en lugar de los componentes convencionales abre la puerta a una serie de beneficios ambientales.

Las baterías de estado sólido son consideradas más seguras y resistentes al fuego en comparación con las baterías de ion-litio, que han generado preocupaciones debido a su tendencia a sufrir sobrecalentamiento y explosiones.

Al mismo tiempo, la adopción de tecnologías de almacenamiento de energía más sostenibles y respetuosas con el medio ambiente es esencial para avanzar hacia una sociedad con bajas emisiones de carbono.

La Universidad de Waseda y sus colaboradores continúan trabajando para perfeccionar y optimizar esta nueva tecnología, y esperan que en el futuro pueda ser aplicada en una amplia gama de dispositivos electrónicos, así como en sistemas de almacenamiento de energía a gran escala, como baterías para vehículos eléctricos y sistemas de almacenamiento de energía renovable.