El desarrollo de una nueva batería, mediante un ánodo de aluminio y un cátodo de materia orgánica, aumenta la densidad de las baterías de aluminio. Investigadores de la Universidad Tecnológica de Chalmers, Suecia, y del Instituto Nacional de Química de Eslovenia están detrás del desarrollo, consiguiendo baterías más sostenibles.
El uso de la tecnología de la nueva batería de aluminio podría ofrecer varias ventajas, incluida una alta densidad de energía teórica, según los investigadores. Además, otra ventaja es que ya existe una industria establecida para su fabricación y reciclaje.
También muy importante es que su composición tiene materiales que podrían reducir los costes de producción y el impacto ambiental. Eso podría dar como resultado baterías para todo tipo de usos, incluso industrial o de almacenamiento de energía, también de energías renovables, y se podrían producir a gran escala.
Los investigadores, que han estado cuatro años desarrollando la nueva batería, explican:
“Los diseños anteriores para baterías de aluminio han utilizado el aluminio como ánodo (electrodo negativo) y el grafito como cátodo (electrodo positivo). Pero el grafito proporciona un contenido energético demasiado bajo para crear celdas de batería con un rendimiento suficiente para ser útil”.
El nuevo concepto consiste en un ánodo y un cátodo de aluminio y un material orgánico a base de antraquinona, respectivamente. El material del cátodo orgánico permite el almacenamiento eficiente de los portadores de carga positiva de un electrolito a base de aluminio y cloro, la solución en la que los iones pueden moverse entre los electrodos.
La investigación ha sido financiada por el Consejo de Investigación de Suecia, la Agencia de Energía de Suecia y las Áreas de Avance de Chalmers para Ciencias de los Materiales y Energía.
Cátodo orgánico
Patrik Johansson y Chalmers, junto con un grupo de investigación en Liubliana dirigido por Robert Dominko, han presentado la nueva batería. En ésta, el grafito ha sido reemplazado por un cátodo orgánico nanoestructurado, hecho de la molécula de antraquinona a base de carbono. Del desarrollo del cátodo orgánico se ha encargado el investigador Jan Bitenc, del Instituto Químico de Eslovenia. Y explican:
“La ventaja de esta molécula orgánica en el material del cátodo es que permite el almacenamiento de portadores de carga positiva del electrolito, la solución en la que los iones se mueven entre los electrodos, lo que hace posible una mayor densidad de energía en la batería”.
Niklas Lindahl, de Chalmers, ha añadido:
“Debido a que el nuevo material del cátodo permite utilizar un portador de carga más apropiado, las baterías pueden aprovechar mejor el potencial del aluminio. Ahora, continuamos el trabajo buscando un electrolito aún mejor. La versión actual contiene cloro, queremos deshacernos de eso”.
Las baterías de aluminio no son nuevas
Las baterías de aluminio no son nuevas, ni su desarrollo. De hecho, en 2013, la startup israelí Phinergy, ya realizó pruebas de autonomía en un vehículo que incorporaba una batería de aluminio-aire. Realizaron 350 km con ella.
La empresa de Israel comercializa su tecnología. Y explican que la batería de Al-aire produce electricidad a partir de la reacción del oxígeno del aire con aluminio. Añaden que tiene una de las densidades de energía más altas de todas las baterías. Su uso no está muy extendido por “problemas con el alto costo del ánodo y a la retirada del subproducto”. Sin embargo, su potencial es “enorme”.
Las baterías de aluminio-aire no se recargan. Una vez que el ánodo de aluminio se consume, por su reacción con el oxígeno atmosférico en un cátodo sumergido en un electrolito a base de agua para formar óxido de aluminio hidratado, la batería dejará de producir electricidad. Sin embargo, es posible recargar la batería mecánicamente con nuevos ánodos de aluminio hechos de reciclar el óxido de aluminio hidratado.
Reemplazar el litio y el cobalto
Los investigadores del nuevo desarrollo sueco-esloveno opinan que la batería de aluminio puede llegar a reemplazar la de ion-litio. Patrik Johansson opina al respecto:
“Por supuesto, esperamos que puedan hacerlo. Pero, sobre todo, pueden ser complementarios, asegurando que las baterías de iones de litio solo se usen donde sea estrictamente necesario”.
Y esperan seguir mejorando la tecnología. Indican que cualquiera que siga las investigaciones de baterías, sabe que, en la actualidad, las que tienen más densidad son las de litio. Pero el litio es costoso y se espera que lo sea aún más, con una demanda creciente que conduce a la escasez. Además, las baterías de iones de litio contienen cobalto, que se extrae de forma peligrosa, y puede generar conflictos en los países donde se extrae.
