De las baterías de flujo ‘redox’ a las basadas en resina: una tecnología en permanente evolución

Toma de carga de un Kia Niro híbrido enchufable

Víctor Celaya

Si eres lector asiduo o al menos frecuente de esta sección de motor, sabrás que nos gusta informarte periódicamente de las novedades más destacadas en investigación sobre baterías para el coche eléctrico. Así como el motor eléctrico y otros componentes de este tipo de vehículos presentan un relativamente escaso margen de mejora, las baterías tienen aún un vasto camino por recorrer para incrementar su eficiencia y autonomía, así como para reducir su precio, todo lo cual explica las ingentes cantidades de dinero y personal invertidas en nuevos desarrollos.

Algunos de los trabajos más prometedores en este campo provienen de la siempre activa Universidad de Córdoba, concretamente del equipo encabezado por los catedráticos Ricardo Alcántara y Pedro Lavela, de cuyos avances en baterías de calcio y de azufre, estas últimas alimentadas incluso por cáscaras de almendra, ya te dimos detalles en este artículo. Lo último en la materia lo hemos encontrado, sin embargo, en el reciente informe conjunto de la Oficina Europea de Patentes (OEP) y la Agencia Internacional de la Energía (AIE) titulado Innovation in batteries and electricity storage - a global analysis based on patent data

El estudio nos ofrece pistas de interés sobre nuevas tecnologías de almacenamiento que están registrando ahora mismo frutos notables. Menciona especialmente los supercapacitores y las baterías de flujo redox, que pueden resolver algunas de las deficiencias de las baterías de iones de litio. Estas pueden proporcionar “una alternativa más segura, duradera y escalable para algunas aplicaciones” y aquellos, “complementar las baterías de litio atendiendo necesidades específicas, como la carga y descarga rápidas”, podemos leer.

Las baterías de flujo redox se denominan de este modo por las reacciones que utilizan: una de reducción (ganancia de electrones) y otra de oxidación (pérdida de electrones de fluido electrolítico). Son recargables como las de ion-litio y, dado que la corriente eléctrica que fluye de uno de sus tanques al otro no degrada la membrana, su longevidad es prácticamente ilimitada. También presentan menos riesgo de incendio y, como son fácilmente escalables, resultan de gran interés para las aplicaciones residenciales y estacionarias de gran escala, además de para los vehículos eléctricos.

Sin embargo, aún tienen que superar algunas debilidades. Una de ellas es que sus electrolitos contienen sales de metales pesados potencialmente peligrosas para el medio ambiente, como el vanadio disuelto en ácido sulfúrico. Otra, que la temperatura máxima a la que pueden operar es de 40ºC, si bien este problema ya se ha resuelto en parte con la introducción de un sistema de refrigeración.

Los supercondensadores o ultracondensadores entran en la categoría de almacenamiento eléctrico, ya que no suelen implicar reacciones químicas. Sin embargo, recientemente se han desarrollado algunas soluciones híbridas que combinan métodos de almacenamiento eléctrico con electroquímico. Algunas de las principales ventajas de los condensadores son que pueden cargarse y descargarse en cuestión de segundos y no pierden su capacidad de almacenamiento con el tiempo. 

Sin embargo, no pueden almacenar electricidad en cantidades tan grandes como las baterías. Esto hace que sean principalmente adecuados como complemento de éstas en aplicaciones que valoran las ráfagas de energía por encima de la capacidad del medio de almacenamiento.

La mayoría de los supercapacitores se utilizan actualmente en los sectores de la automoción, la industria y la electrónica -debido a su coste relativamente elevado-, pero su mercado sigue creciendo, impulsado principalmente por el aumento de las ventas de sistemas de frenado regenerativo para los ascensores y los vehículos eléctricos híbridos, así como por su utilización en energía eólica y solar, y en trenes y aviones.

En busca de baterías libres de níquel y cobalto

Otro proyecto destacado de los últimos meses es el de Hideaki Horie, ingeniero japonés que participó en el desarrollo del primer Nissan Leaf y centrado ahora en un trabajo sobre baterías basadas en la resina. Con varias capas de este material superpuestas no se necesitan ni electrodos revestidos de metal ni electrolitos líquidos, de lo que se deduce una mayor seguridad (menor riesgo de incendio), menos perforaciones y mayor vida útil, todo eso sin contar los problemas logísticos -y éticos- relacionados con la extracción de litio que se evitan de esta manera.

El propio Horie reconoce, no obstante, que esta tecnología se halla lejos todavía de convertirse en un estándar de la industria. “El ion de litio con electrolito líquido seguirá siendo la aplicación principal durante por lo menos 15 años más”, ha declarado. Además, muchos expertos desconfían de la menor conectividad de los polímeros frente a los metales, lo que podría acarrear menores capacidades de carga.

Aunque sobre el papel muchas tecnologías resultan superiores a la de iones de litio, lo cierto es que todas ellas “tienen sus pros y contras específicos”, como señala Andreas Hintennach, director de investigación de celdas de baterías de Daimler, en una entrevista al reputado periodista de AutoBild Vicente Cano. “Seguramente, no habrá una sola tecnología post iones de litio. Ya se trate de celdas con electrolitos de estado sólido, ánodos metálicos de litio o sistemas de azufre de litio: todas las tecnologías difieren en sus requisitos de materiales específicos, sus aplicaciones y, no menos importante, en su nivel de madurez”, ha apuntado. 

La buena noticia para este experto es que existen múltiples caminos que reducen el riesgo de un posible callejón sin salida en los diferentes desarrollos. “Aún no a la vuelta de la esquina, pero tampoco mucho más lejos, hallaremos baterías de coches en el futuro en las que el recubrimiento de grafito del ánodo se pueda reemplazar con materiales novedosos como papel de litio-metal o polvo de silicona. Ambos aumentan la densidad de energía con diferencia, lo que incrementará la autonomía de los coches eléctricos”, afirma Hintennach. 

Terminamos nuestro repaso con una investigación del laboratorio de baterías de IBM que soslaya el uso de cobalto y de níquel, envueltos ambos en conflictos éticos y ambientales, al haber descubierto una aleación de materiales que no precisa de estos controvertidos elementos. Al parecer, esos materiales pueden extraerse del agua de mar y superan las capacidades de las baterías de iones de litio en todos los frentes: coste, tiempos de carga, densidad de energía y seguridad.

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Publicado el
29 de diciembre de 2020 - 12:11 h

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