Un prototipo de batería en TU Wien. Crédito: Universidad Técnica de Viena
Investigadores de TU Wien (Viena) han desarrollado una innovadora batería de iones de oxígeno, que tiene una durabilidad excepcional, elimina la necesidad de elementos raros y resuelve el problema de los riesgos de incendio.
Las baterías de iones de litio, si bien son comunes en el mundo actual (que alimentan todo, desde vehículos eléctricos hasta teléfonos inteligentes), no son necesariamente la solución ideal para todas las aplicaciones. Los investigadores de TU Wien han logrado un gran avance al crear una batería de iones de oxígeno que ofrece varias ventajas significativas. Si bien es posible que no coincida con la densidad de energía de las baterías de iones de litio, su capacidad de almacenamiento no disminuye irreversiblemente con el tiempo, lo que lo hace capaz de tener una vida útil excepcionalmente larga ya que puede regenerarse.
Además, la fabricación de baterías de iones de oxígeno no requiere elementos escasos e involucra materiales no combustibles. El innovador concepto de batería ya ha dado lugar a una solicitud de patente, presentada en colaboración con socios en España. Estas baterías de iones de oxígeno pueden proporcionar una excelente solución para los sistemas de almacenamiento de energía a gran escala, como los necesarios para almacenar energía eléctrica de fuentes renovables.
Los materiales cerámicos como nueva solución
«Tenemos mucha experiencia con materiales cerámicos que pueden usarse para celdas de combustible desde hace algún tiempo», dice Alexander Schmid del Instituto de Tecnologías y Análisis Químicos de TU Wien. «Esto nos dio la idea de investigar si estos materiales también podrían ser adecuados para fabricar una batería».
Los materiales cerámicos estudiados por el equipo de TU Wien pueden absorber y liberar iones de oxígeno con doble carga negativa. Cuando se aplica un voltaje eléctrico, los iones de oxígeno migran de un material cerámico a otro, después de lo cual pueden verse obligados a migrar nuevamente, generando así una corriente eléctrica.
Profe. Jürgen Fleig, Tobias Huber y Alexander Schmid (de izquierda a derecha). Crédito: Universidad Técnica de Viena
“En realidad, el principio básico es muy similar al de la batería de iones de litio”, dice el Prof. Jürgen Fleig. “Pero nuestros materiales tienen algunas ventajas importantes”. La cerámica no es inflamable, por lo que prácticamente se descartan los accidentes por incendio que ocurren repetidamente con las baterías de iones de litio. Además, no hay necesidad de elementos raros, que son caros o solo se pueden extraer de forma perjudicial para el medio ambiente.
“En este aspecto, el uso de materiales cerámicos es una gran ventaja, ya que se adaptan muy bien”, dice Tobias Huber. “Puedes reemplazar ciertos elementos difíciles de conseguir con otros con relativa facilidad”. La batería prototipo incluso usa lantano, un elemento que no es exactamente raro, pero tampoco del todo común. Pero incluso el lantano debe ser reemplazado por algo más barato, y ya se están realizando investigaciones al respecto. El cobalto o el níquel, que se utilizan en muchas baterías, no se utilizan.
alta vida útil
Pero quizás la ventaja más importante de la nueva tecnología de baterías es su longevidad potencial: “En muchas baterías, tienes el problema de que en algún momento los portadores de carga ya no pueden moverse”, dice Alexander Schmid. “Entonces ya no es posible generar electricidad, la capacidad de la batería disminuye. Después de muchos ciclos de carga, esto puede convertirse en un problema grave”.
Sin embargo, la batería de iones de oxígeno se puede regenerar sin ningún problema: si se pierde oxígeno debido a reacciones secundarias, la pérdida se puede compensar simplemente con oxígeno del aire ambiente.
El nuevo concepto de batería no está diseñado para teléfonos inteligentes o automóviles eléctricos, porque la batería de iones de oxígeno solo alcanza aproximadamente un tercio de la densidad de energía a la que estamos acostumbrados con las baterías de iones de litio y funciona a temperaturas entre 200 y 400 °C. La tecnología es, sin embargo, extremadamente interesante para almacenar energía.
“Si necesita una gran unidad de almacenamiento de energía para almacenar temporalmente energía solar o eólica, por ejemplo, la batería de iones de oxígeno puede ser una solución excelente”, dice Alexander Schmid. “Si construye un edificio completo lleno de módulos de almacenamiento de energía, la menor densidad de energía y el aumento de la temperatura de funcionamiento no juegan un papel decisivo. Pero los puntos fuertes de nuestra batería serían particularmente importantes aquí: la larga vida útil, la posibilidad de producir grandes cantidades de estos materiales sin elementos raros y el hecho de que no hay riesgo de incendio con estas baterías”.
Referencia: «Baterías de iones de óxido recargables basadas en electrodos de óxido de conducción mixta» por Alexander Schmid, Martin Krammer y Jürgen Fleig, 25 de enero de 2023, Advanced Energy Materials.
DOI: 10.1002/aenm.202203789
