Sistema mejora hasta 80% el rendimiento de baterías sin cambiar su química
Investigadores del ICMAB-CSIC incorporan conductores en baterías de zinc-aire para reducir la resistencia interna y acelerar el suministro de energía.
Investigadores del Instituto de Ciencia de Materiales de Barcelona (ICMAB-CSIC) diseñaron un sistema para baterías de zinc-aire que permite aumentar hasta un 80% su potencia sin modificar la química principal del dispositivo, según informó el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC).
La estrategia incorpora elementos conductores en el interior de la batería, donde actúan como electrodos bipolares inalámbricos que facilitan el transporte de carga y reducen la resistencia interna. La investigación, publicada en la revista Energy Storage Materials, contó con la colaboración del Instituto Catalán de Nanociencia y Nanotecnología (ICN2) y la Universidad Nacional de La Plata (Argentina).
El sistema desafía un principio asumido en el diseño de baterías
El trabajo, liderado por la investigadora del ICMAB-CSIC Nieves Casañ-Pastor, cuestiona un principio asumido "desde hace décadas" en el diseño de baterías: que el electrolito —el material que permite el movimiento de iones entre los dos electrodos— no debe contener materiales conductores, ya que estos podrían provocar un cortocircuito y dejar la batería inutilizada.
El equipo demostró que, en determinadas condiciones, introducir pequeñas piezas metálicas conductoras no conectadas por cable al circuito externo ni a los electrodos puede generar un efecto benéfico.
Según explicó el CSIC, cuando la batería funciona, se crea un campo eléctrico entre sus dos electrodos que provoca un fenómeno de polarización en las piezas introducidas.
Esa polarización crea nuevas rutas para el transporte de carga dentro de la batería y facilita las reacciones electroquímicas que generan electricidad", indicó el organismo en un comunicado.
Este proceso reduce la resistencia interna y permite suministrar energía más rápidamente.
Normalmente, si un material pudiera transportar electrones dentro del electrolito tendrías un cortocircuito y dejarías de tener una batería", explicó Casañ-Pastor.
Añadió:
Lo sorprendente es que estos conductores no están conectados con cable a nada: simplemente se introducen en el interior del sistema y, aun así, generan efectos benéficos y enormes cambios en potencia o capacidad de carga".
Las baterías de zinc-aire buscan superar su limitación de potencia
La investigación forma parte de la tesis doctoral de Marc Mosqueda, recién graduado como doctor en el ICMAB, centrada en inducir este tipo de efectos en distintos tipos de baterías.
El sistema de zinc-aire tiene como principal ventaja, según señaló el CSIC, "el uso de materiales abundantes, baratos y seguros". Sin embargo, presenta el inconveniente de que la reacción con el oxígeno es "relativamente lenta", lo que limita la potencia que puede suministrar.
El nuevo diseño, al facilitar el transporte de carga, "demuestra su potencial" para superar esa limitación.
El zinc se oxida muy fácilmente, no es peligroso, y la química acuosa del sistema impide que la batería explote como ocurre en las de litio u otros materiales. Por otra parte, el oxígeno tiene una reacción lenta: es un compuesto muy estable", comentó Casañ-Pastor.
El equipo estudia nuevas aplicaciones de la arquitectura
La investigadora Casañ-Pastor subrayó que "esto no es la solución definitiva, sino una nueva vía para mejorar distintos parámetros del rendimiento de una batería".
El grupo señaló que ya observó efectos similares en otras tecnologías de almacenamiento y que "continuará explorando nuevas aplicaciones" de esta arquitectura basada en electrodos bipolares inalámbricos.