Adiós al litio: la batería híbrida de zinc impresa en 3D que dispara su capacidad por siete

Baterías impresas en 3D, de zinc y con mucha más de capacidad que el litio. Foto: Maher El-Kady/UCLA Investigadores de todo el mundo siguen buscando alternativas al litio a la hora de desarrollar nuevas baterías. En California han conseguido desarrollar una basada en zinc que, además, está en impresa en 3D y es capaz de almacenar mucha más energía. En las últimas décadas, el litio ha sido la materia prima predominante y protagonista en el desarrollo de nuevas baterías, no solo para coches eléctricos. Las nuevas y mayores demandas de baterías actuales y, sobre todo, de cara al futuro, invitan a los investigadores a probar con recursos diferentes. El sodio (las baterías de sodio ya son una realidad en los coches eléctricos) o el hierro son algunas de las alternativas en las que se trabaja en la actualidad, así como el zinc. Este material es el protagonista de esta nueva batería híbrida desarrollada en Estados Unidos, aunque todavía en fase experimental. Los investigadores de la UCLA están logrando grandes resultados con sus baterías y celdas en 3D. En busca de la diversidad de químicas De las baterías de zinc no es la primera vez que hablamos, pero a medida que pasa el tiempo, se van produciendo nuevos avances como este que proponen desde el estado californiano. Esta batería aúna diferentes elementos destacables: el uso del zinc, el carácter híbrido de la batería y su impresión 3D. El zinc se utiliza aquí como una alternativa al litio, y tiene mucho sentido: es un material unas cien veces más abundante que este último, su extracción es mucho más sencilla y su reciclaje también implica procesos más simples. En definitiva: sería una propuesta más económica, respetuosa con el medio ambiente y segura, ya que se emplean electrolitos acuosos que reducen el riesgo de incendio). Ojo, las baterías de litio seguirán siendo el núcleo duro de la descarbonización, pero lo que se busca es reducir su dependencia y que se pueda complementar con otras soluciones. De hecho, esta batería híbrida de zinc desarrollada por investigadores de la Universidad de California en Los Ángeles (UCLA) estaría más pensada para su uso en sistemas de almacenamiento estacionario. «El futuro del almacenamiento de energía no estará definido por una sola tecnología. En algún momento, necesitaremos buscar algo que complemente las opciones actuales para el almacenamiento de energía a gran escala. Lo que hemos logrado en este estudio nos proporciona dispositivos híbridos de iones de zinc capaces de almacenar una capacidad casi diez veces mayor», asegura Maher El-Kady, de la UCLA, coautor del estudio del que hablamos aquí. Los laboratorios no dejan de probar alternativas al litio en baterías, como el zinc. Zinc e impresión 3D entran en juego Los investigadores de UCLA han optado por un diseño innovador, donde las impresoras 3D de última generación entran en juego: han conseguido desarrollar un electrodo de carbono ultraporos para esta batería de zinc con una estructura interna al más puro estilo de un panal de abeja o de una esponja. La clave está en que la impresora es capaz de crear con precisión una enorme cantidad (miles de millones) de orificios pequeños, lo que permite multiplicar la superficie disponible para almacenar la energía. Para que te hagas una idea, un solo gramo de este material, dispuesto como una hoja de papel, tendría una superficie equivalente a unas diez pistas de tenis. Los primeros resultados con esta batería experimental son prometedores: siete veces más energía almacenada que las actuales de litio con tecnologías similares y con una mayor durabilidad. Esta batería ha conseguido mantener el 82 por ciento de su capacidad después de 1.500 ciclos, lo que revela su gran potencial para su uso en sistemas de almacenamiento estacionario incluso cuando se trata de una batería experimental. Por último, su carácter híbrido tiene que ver con su funcionamiento: por un lado, puede funcionar de forma similar a una batería convencional, mientras que el otro electrodo, el cátodo, tiene un comportamiento parecido al de un supercondensador. Esto permite ofrecer una elevada capacidad de almacenamiento, gracias también al uso de un recubrimiento con óxido de vanadio, y a la vez unas altas velocidades carga y descarga, así como una larga vida útil. El uso del zinc en las baterías estaría más pensado para los sistemas de almacenamiento estacionario. Las impresoras 3D mejoran la investigación de baterías Los investigadores de la UCLA han ido más allá con sus impresoras 3D de alta resolución y han presentado una nueva celda de ensayo más barata y precisa que puede cambiar para siempre el trabajo en laboratorio para la investigación en este campo. Lo que se usa habitualmente en este sector es un método que introduce los electrodos en un recipiente abierto con electrolito. En el mercado hay celdas de vidrio específicas de este tipo, pero suelen costar más de 1.000 euros. En la UCLA han presentado una herramienta más útil y económica para ensayar baterías experimentales. Esta celda, impresa en 3D, incorpora una novedosa tapa sellada que evita que el electrolito se evapore, uno de los principales problemas en los laboratorios. En sus ensayos, consiguieron que los soportes mantengan siempre la misma separación entre los electrodos y un cierre hermético que evita pérdidas del electrolito. En sus ensayos, consiguieron conservar el 98 por ciento de su capacidad tras 1.500 ciclos, cuando los de configuraciones abiertas dejan de funcionar correctamente antes de alcanzar los 100 ciclos. Miguel Assal intenta quemar un coche eléctrico junto a profesionales: “Un incendio de la batería es muy raro que ocurra” Leer noticia «Esperamos que este concepto sea útil para otros investigadores del sector, ya que les ayudará a obtener mediciones más consistentes y datos fiables para sus dispositivos. Una de las ventajas de la impresión 3D es su accesibilidad. En este caso, cualquier persona con acceso a una impresora 3D podrá fabricar una celda de prueba como la nuestra y adaptarla a sus propias investigaciones», remata Sophia Uemura, de la UCLA.