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IMDEA Energía mejora las baterías de Aluminio

La necesidad de almacenamiento de energía es en algunos casos muy perceptible en nuestra vida cotidiana, p. ej. electrónica portátil y vehículos electrificados, mientras que en otros casos esta necesidad igualmente apremiante es menos tangible, p. ej. transición desde la producción de energía de combustibles fósiles a fuentes renovables, equilibrando picos de producción y consumo de energía. Hoy en día, la batería de iones de litio (LIB) es una de las tecnologías de almacenamiento de energía más maduras y ampliamente conocidas que ofrece alta eficiencia energética y alta densidad de energía. Sin embargo, el consumo excesivo de elementos costosos y escasos como el Li y Co genera grandes preocupaciones sobre el despliegue de baterías de iones de litio para el almacenamiento de energía a gran escala. En consecuencia, el interés en metales alternativos más abundantes como el sodio (Na), magnesio (Mg), potasio (K), calcio (Ca), zinc (Zn) y aluminio (Al) han aumentado durante la última década (ver figura comparativa). Entre todos ellos, el aluminio presenta ventajas claras:

  1. alta densidad de energía (8040 Ah L-1
  2. bajo costo (Al es el metal más abundante en la corteza terrestre) y 
  3. seguridad, se puede manipular en aire. 

Desafortunadamente, las baterías basadas en Al aún se enfrentan a una serie de desafíos antes de convertirse en una alternativa competitiva a otras tecnologías maduras. La baja capacidad por cm2 de electrodo demostrada en el estado de la técnica tiene implicaciones perjudiciales drásticas tanto en la densidad de energía como en el coste, lo cual evita la comercialización de baterías basadas en Al.

Investigaciones de la Unidad de Procesos Electroquímicos de IMDEA Energía* han propuesto una nueva tecnología de batería basada en Al, que utiliza por primera vez electrodos semisólidos para baterías de iones de Al. Los autores no solo demuestran la prueba de concepto de esta tecnología de batería, sino que también logran cifras de rendimiento impresionantes, p. ej. aumento de 5 veces en la capacidad por cm2 de electrodo con respecto al estado de la técnica. En su trabajo, se demuestra que la mejora del rendimiento de la batería se deriva del incremento en el transporte de iones a través del electrodo (al menos 1,8 veces más alto) y la versatilidad del concepto al implementarlo en dos tipos de materiales activos.

Los valores alcanzados en esta prueba de concepto son muy alentadores, ya que el uso de nuevos materiales avanzados de cátodo junto con una mayor comprensión y optimización de electrodos semisólidos conducirá a mejores rendimientos electroquímicos, reduciendo costes y haciendo que esta tecnología sea más competitiva para el almacenamiento de energía estacionaria.

(*) Muñoz-Torrero, D., Palma, J., Marcilla, R., Ventosa, E. Al-Ion Battery Based on Semisolid Electrodes for Higher Specific Energy and Lower Cost. (2020) ACS Applied Energy Materials.

Más información: Jesús Palma, Jefe de la Unidad de Procesos Electroquímicos jesus.palma@imdea.org

Fecha: 
Lunes, Abril 13, 2020