Una nueva investigación ha creado un prototipo de batería con ánodo de aluminio y cátodo de antraquinona que duplica la densidad de energía, cuenta con más posibilidades de reducir los costes de producción y tiene menor impacto medioambiental que el litio.
La investigación ha sido llevada a cabo por investigadores de la Universidad Tecnológica de Chalmers, en Suecia, y el Instituto Nacional de Química de Eslovenia. La batería desarrollada utiliza un ánodo de aluminio y un cátodo de un material orgánico a base de antraquinona, un compuesto orgánico derivado del antraceno. La revista Energy Storage Materials ha publicado esta investigación en un artículo en el que expone el potencial de la nueva batería para ser empleada en aplicaciones a gran escala, como la industria automotriz y el almacenamiento de energía solar y eólica.
“El coste de los materiales y el impacto ambiental que prevemos para la nueva batería son muy inferiores a los de la tecnología actual, lo que la hace viable para su utilización a gran escala en parques solares o almacenamiento de energía eólica”, afirma Patrik Johansson, profesor del Departamento de Física de Chalmers. “Además, tiene el doble de densidad de energía en comparación con las baterías de aluminio de última generación”, añade.
En los diseños anteriores, desarrollados para baterías de aluminio, se utiliza este material como ánodo, mientras que para el cátodo se emplea grafito. Sin embargo, el potencial energético del grafito es demasiado bajo para crear celdas con un rendimiento suficiente para ser útiles. En el nuevo concepto, desarrollado por Johansson y Lindahl, junto con un grupo de investigación en Ljubljana dirigido por Robert Dominko, el grafito ha sido reemplazado por un cátodo orgánico nanoestructurado, hecho de la molécula de antraquinona, basada en carbono (ver gráfico).
La ventaja de esta molécula orgánica utilizada como cátodo es que permite utilizar un portador de carga positiva, que viaja a entre los electrodos, mucho más apropiado de forma que las baterías pueden aprovechar mejor el potencial del aluminio dando como resultado una mayor densidad de energía, explica Niklas Lindahl, investigador de la Universidad de Chalmers.
Baterías de aluminio
Los investigadores se preguntan si las baterías de aluminio podrían reemplazar a las baterías de ion- litio actuales. Johansson espera que puedan. Sin embargo, todavía no hay baterías de aluminio disponibles en el mercado, e incluso todavía son una rara avis en el mundo de la investigación. “No se trata de reemplazar una tecnología por otra”, añade Johansson, que cree que existe una solución parcial entre ambas tecnologías, si las baterías de iones de litio solo se usan donde sea estrictamente necesario.
A igualdad de peso, el aluminio tiene una densidad energética superior a la de la gasolina. Aproximadamente, un kilogramo de gasolina contiene 1.700 Wh de densidad de energía mientras que el aluminio utilizado en una batería podría alcanzar los 2.500 Wh por cada kilogramo. En las baterías de aluminio, al ser este un material multivalente, cada ion “compensa” varios electrones, lo que se traduce en un gran potencial para aumentar la densidad energética y para ser significativamente menos dañinas para el medio ambiente.
Por ahora, solo son capaces de alcanzar la mitad de la densidad de energía que las de litio. A largo plazo, el objetivo de la investigación es lograr igualarla. “Queda trabajo por hacer con el electrolito y con el desarrollo de mejores mecanismos de carga, pero el aluminio es, en principio, un portador de carga significativamente mejor que el litio” asegura Johansson.
JELorenzo
16/10/2019