Un nuevo diseño de batería de zinc logra más de 5.000 horas de funcionamiento continuo

Un equipo de investigadores de la Universidad de Fudan y la Academia China de Ciencias ha desarrollado un innovador diseño de batería de zinc en suspensión capaz de funcionar de manera continua durante más de 5.000 horas, un avance que podría contribuir al almacenamiento de energía procedente de fuentes renovables durante períodos mucho más prolongados y facilitar la transición hacia un sistema energético menos dependiente de los combustibles fósiles.

La nueva batería, basada en una suspensión fluida de partículas de zinc, fue diseñada para almacenar la electricidad generada por tecnologías como los paneles solares y los aerogeneradores, cuya producción depende de la disponibilidad de recursos naturales como la luz solar y el viento. Este tipo de sistemas busca resolver uno de los principales desafíos de las energías renovables: conservar el exceso de electricidad producido en los momentos de mayor generación para utilizarlo cuando las condiciones meteorológicas reducen la producción energética.

Abundancia

Según explicó Fei Wang, autor principal del estudio, la investigación surgió del interés del equipo por mejorar la reversibilidad de los electrodos de zinc mediante el diseño del electrolito y el control de las reacciones en la interfaz. Aunque el zinc es considerado un material muy atractivo para el almacenamiento de energía a gran escala por su abundancia, bajo coste y elevada capacidad volumétrica, las baterías convencionales basadas en este metal sufren un deterioro progresivo de sus electrodos durante los ciclos repetidos de carga y descarga.

La idea tomó forma tras una visita de Wang a una planta dedicada a la obtención electroquímica de zinc metálico de alta pureza. Allí observó el proceso mediante el cual los iones de zinc se transforman en zinc metálico y planteó la posibilidad de aprovechar directamente esa reacción electroquímica como mecanismo de almacenamiento energético, convirtiendo el zinc en un medio dinámico de almacenamiento en lugar de utilizarlo únicamente como un electrodo fijo.

El resultado fue una batería de flujo de zinc en suspensión que reemplaza el electrodo metálico convencional por una mezcla circulante de partículas de zinc dispersas en un medio conductor. Durante el funcionamiento, esta suspensión circula continuamente entre un depósito y la celda electroquímica, permitiendo que el zinc se transforme de manera reversible entre su estado metálico y su forma iónica para almacenar y liberar energía.

El diseño incorpora partículas nanométricas de zinc que actúan como material activo de almacenamiento, una red hueca de carbono que mantiene la conductividad eléctrica y evita la aglomeración de las partículas, además de un entorno electrolítico controlado mediante ligandos que estabiliza la interfaz entre el zinc y el electrolito. La combinación de estos elementos reduce las reacciones secundarias no deseadas y favorece un funcionamiento estable durante largos períodos.

De acuerdo con los investigadores, esta arquitectura transforma el zinc de un electrodo estático en un portador dinámico de energía, lo que permite separar la capacidad de almacenamiento de la potencia suministrada por el sistema y facilita la reposición continua del material activo. Esta configuración también abre la puerta al desarrollo de sistemas de almacenamiento más duraderos, económicos y escalables para aplicaciones de larga duración.

Rendimiento

Las pruebas realizadas mostraron un rendimiento especialmente destacado. La batería alcanzó una eficiencia culómbica del 99,94 %, indicador que refleja la elevada eficiencia con la que recupera la carga eléctrica almacenada. Además, las celdas simétricas de flujo de zinc funcionaron de manera ininterrumpida durante 5.128 horas, mientras que las baterías de zinc-dióxido de manganeso basadas en este diseño conservaron el 81,1 % de su capacidad energética original después de 5.500 ciclos completos de carga y descarga.

Los investigadores destacan que, a diferencia de las baterías tradicionales de zinc, cuyo electrodo fijo se degrada progresivamente, el nuevo sistema mantiene una circulación constante de la suspensión de zinc mientras conserva la conversión reversible entre zinc metálico e iones de zinc. La integración de un diseño de flujo con una química interfacial controlada mediante ligandos también permite superar problemas históricos de este tipo de baterías, como la aglomeración de partículas, la inestabilidad de las reacciones electroquímicas y el deterioro de las interfaces.

El equipo considera que esta tecnología todavía puede perfeccionarse antes de su implantación comercial, aunque representa un paso importante hacia sistemas de almacenamiento de energía renovable más eficientes y duraderos. Además, señalan que la capacidad energética de estas baterías podría incrementarse para aplicaciones a mayor escala simplemente aumentando la cantidad de suspensión de zinc almacenada en el sistema, lo que reforzaría su potencial para respaldar redes eléctricas alimentadas por fuentes renovables intermitentes.