Un paso más cerca de las baterías acumuladoras de energía

Un tipo de batería inventada por primera vez hace casi 5 décadas podría catapultarse a la vanguardia de las tecnologías de almacenamiento de energía gracias a un nuevo hallazgo de los investigadores del MIT.

23 de enero de 2018

Uno de los grandes inconvenientes de energía renovable es la gran dependencia de las condiciones climáticas. En este sentido y poniendo como ejemplo las energías solar y eólica, sucede que un modelo energético basado en ellas se encuentra tremendamente supeditado a los grandes altibajos de generación, hallándose el problema en que los momentos de mayor producción no siempre coinciden con los de mayor demanda. Sin embargo ahora podemos estar un poco más cerca de poner solución al problema gracias a una nueva batería basada en electrodos de cloruro de sodio y níquel que utilizando un nuevo tipo de membrana de malla metálica, podría usarse para hacer que fuentes de energía intermitentes, como la eólica y la solar, sean capaces de suministrar un suministro base fiable de electricidad. El estudio liderado por el profesor Donald Sadoway del MIT (Massachusetts Institute of Technology), se ha publicado recientemente en la revista especializada Nature Energy.

Tecnología del pasado para el futuro

Aunque la química básica de la batería que utilizó el equipo, basada en un material de sodio líquido se describió por primera vez en 1968, el concepto nunca se concibió con un enfoque práctico debido a un inconveniente importante: requería el uso de una membrana delgada para separar sus componentes y el único material conocido con las propiedades necesarias para esa membrana era una cerámica quebradiza y frágil. Estas membranas finas como el papel hicieron que las baterías se dañaran demasiado fácilmente en condiciones de funcionamiento reales, por lo que aparte de algunas aplicaciones industriales especializadas, el sistema nunca se implementó a gran escala.

Sus ventajas incluyen materias primas baratas y abundantes y la capacidad de atravesar muchos ciclos de carga y descarga sin degradación

No obstante Sadoway y su equipo adoptaron un enfoque diferente al darse cuenta de que la misma membrana podría conformarse como una malla de metal revestida logrando un material mucho más resistente y flexible que podría aguantar los rigores del uso en sistemas de almacenamiento a escala industrial.

"Considero que esto es un gran avance porque por primera vez en cinco décadas, este tipo de batería - cuyas ventajas incluyen materias primas baratas y abundantes, características de operación muy seguras y la capacidad de atravesar muchos ciclos de carga y descarga sin degradación- finalmente podrían llegar a ser prácticas", afirma el investigador de MIT.

Un nuevo tipo de membrana

Él y su equipo exploraron varias opciones sobre los diferentes componentes que podrían integrar una batería de metal fundido, y se sorprendieron por los resultados de una de sus pruebas con compuestos de plomo. "Abrimos la celda y en lugar de encontrar lo que esperábamos, gotitas de plomo fundido que debían funcionar como una membrana, encontramos que el material compuesto actuaba como un electrodo participando activamente en la reacción electroquímica de la batería. Eso realmente nos abrió los ojos a una tecnología completamente diferente", dice.

Los resultados podrían hacer posible una familia completa de materiales baratos y duraderos, prácticos para baterías recargables de gran escala.

La membrana había cumplido su función: permitir de forma selectiva que ciertas moléculas atravesaran y bloquearan otras utilizando sus propiedades eléctricas en lugar de la típica clasificación mecánica basada en los tamaños de los poros del material.

Tras experimentar con varios compuestos, el equipo descubrió que una malla de acero ordinaria recubierta con una solución de nitruro de titanio podía realizar todas las funciones de las membranas cerámicas utilizadas anteriormente sin resultar frágil ni quebradiza. Los resultados podrían hacer posible una familia completa de materiales baratos y duraderos prácticos para baterías recargables de gran escala.

Hacia baterías de nueva generación

El uso del nuevo tipo de membrana se puede aplicar a una amplia variedad química de baterías de electrodos fundidos y abre nuevas vías para el diseño de baterías. En palabras del científico: "el hecho de que se pueda construir una batería tipo sodio-azufre, o una batería de sodio-cloruro de níquel, sin recurrir al uso de cerámica frágil y quebradiza, lo cambia todo".

El trabajo podría dar lugar al desarrollo de baterías baratas y lo suficientemente grandes como para hacer fuentes de energía intermitentes y renovables prácticas para el almacenamiento a escala de red.

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Sadoway advierte que esas baterías no serían adecuadas para algunos usos importantescomo automóviles o teléfonos. Su punto fuerte se aplica a instalaciones grandes y fijas donde el costo es primordial, pero el tamaño y el peso no lo son. Es en aplicaciones industriales donde la tecnología de batería de bajo costo podría potencialmente permitir el uso de un porcentaje mucho mayor de fuentes de energía renovables que sustituyan a la obtenida por los combustibles fósiles.

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