Las baterías de zinc reciben un notable impulso gracias a este nuevo electrolito desarrollado en Estados Unidos

Aunque existen muchos tipos diferentes de baterías, todas ellas siguen el mismo principio básico: almacenan energía química, que luego pueden convertir en energía eléctrica mediante reacciones químicas.

Del igual modo, tienen los mismos componentes. Cada batería contiene dos electrodos: el ánodo, que libera electrones hacia un circuito externo, y el cátodo, que adquiere electrones del circuito externo. Estos electrodos están separados por un electrolito, que es un medio químico que permite el flujo de iones entre los electrodos.

«El avance representa un avance significativo para hacer que las baterías de metal de zinc sean más accesibles para los consumidores»

Las baterías con base de zinc son una alternativa prometedora a las baterías de iones de litio, que son ampliamente utilizadas pero dependen de metales raros como el cobalto y el níquel para su producción. Los metales raros son costosos y pueden ser tóxicos y contaminantes para el medio ambiente si no se eliminan adecuadamente.

Además, los electrolitos de las baterías de iones de litio suelen disolverse en disolventes orgánicos inflamables que pueden descomponerse a altos voltajes de funcionamiento. Esta circunstancia se suma a la formación de dendritas dentro de la batería, que pueden perforar el separador y provocar reacciones químicas no deseadas e inseguras.

Las baterías de zinc

Un equipo de científicos de la Universidad de Oregon State ha logrado desarrollar un electrolito innovador que aumenta la eficiencia del ánodo metálico de zinc en las baterías de zinc, alcanzando prácticamente el 100 %.

Este avance es un paso importante en la búsqueda de una alternativa a las baterías de iones de litio para el almacenamiento de energía a gran escala de fuentes renovables como la solar y la eólica, que puede usarse cuando no hay suficiente viento o sol.

El estudio, publicado en la revista Nature Sustainability, fue realizado por Xiulei Ji, un investigador de la Facultad de Ciencias de OSU, y su equipo en colaboración con HP Inc. y GROTTHUSS INC., una empresa con sede en Oregón.

«El avance representa un avance significativo para hacer que las baterías de metal de zinc sean más accesibles para los consumidores», dice Ji. «Estas baterías son esenciales para la instalación de parques solares y eólicos adicionales».

«Además, ofrecen una solución segura y eficiente para el almacenamiento de energía en el hogar, así como módulos de almacenamiento de energía para comunidades que son vulnerables a los desastres naturales», amplía.

Inconvenientes de las baterías de zinc

Según Ji, el coste de la electricidad proporcionada por una instalación de almacenamiento que utiliza baterías de zinc sólo será competitivo con la electricidad producida por combustibles fósiles si la batería tiene un ciclo de vida prolongado que pueda durar miles de ciclos.

Sin embargo, el bajo rendimiento de reversibilidad del ánodo de zinc ha limitado el ciclo de vida hasta la fecha.

Durante la carga, los cationes de zinc en el electrolito ganan electrones y se depositan en la superficie del ánodo. Durante la descarga, el ánodo enchapado cede electrones para la carga de trabajo al disolverse en el electrolito.

El proceso de galvanoplastia y disolución, lamentablemente, suele ser irreversible. Esto genera un problema en la eficiencia de Coulombic (CE), que mide la calidad de la transferencia de los electrones en las baterías, la relación entre la carga total extraída de la batería y la carga depositada durante un ciclo completo.

El nuevo electrolito

Para abordar este problema, el equipo de Ji desarrolló un nuevo electrolito que permitió una eficiencia de Coulombic del 99,95 %.

El principal desafío con las baterías de zinc es la reacción de este con el agua en el electrolito, que produce gas hidrógeno en una reacción de evolución de hidrógeno. Esta reacción parasitaria reduce el ciclo de vida de la batería y representa un peligro potencial para la seguridad.

Sin embargo, el nuevo electrolito restringe la reactividad del agua y casi cierra la reacción de evolución del hidrógeno al formar una «capa de pasivación» en la superficie del ánodo, similar a lo que permitió la comercialización de baterías de iones de litio en la década de 1990.

Además, la eficiencia medida por el equipo de Ji es en condiciones difíciles que no enmascaran ningún daño causado por la reacción de evolución del hidrógeno.

Este avance presagia la comercialización cercana de las baterías de metal de zinc para el almacenamiento en red a gran escala, afirma el equipo de investigación de la universidad estadounidense.

Fuente: Oregon State University