Las baterías recargables de iones de litio alimentan todo, desde vehículos eléctricos hasta dispositivos portátiles. Pero una nueva investigación de la Universidad Case Western Reserve sugiere que las baterías a base de zinc pueden ser una alternativa más duradera y rentable.
En un estudio publicado recientemente, el Dr. Química aplicadaLos investigadores han anunciado un paso importante hacia la creación de baterías de zinc-azufre de alto rendimiento y bajo costo.
“Esta investigación marca un gran paso adelante en el desarrollo de soluciones de almacenamiento de energía más seguras y sostenibles”, afirmó Chase Cao, investigador principal y profesor asistente de ingeniería mecánica y aeroespacial en la Escuela de Ingeniería Case. “Las baterías acuosas de zinc-azufre ofrecen el potencial de alimentar una amplia gama de aplicaciones, desde sistemas de energía renovable hasta dispositivos electrónicos portátiles, con un impacto ambiental reducido y una dependencia de materiales escasos”.
Las baterías de iones de litio, aunque se utilizan ampliamente, son caras, dependen de materiales relativamente raros y son complejas de fabricar. Por el contrario, las baterías de zinc-azufre utilizan materiales más abundantes y baratos y tienen menos preocupaciones medioambientales y de seguridad.
Sin embargo, desafíos como la corrosión del ánodo de zinc, la baja conductividad y el crecimiento de dendritas han obstaculizado históricamente su viabilidad comercial.
El equipo de Cao superó estos obstáculos introduciendo dos aditivos clave: éter metílico de propilenglicol y yoduro de zinc. Esta tecnología proporcionó varias mejoras importantes: aumentó la capacidad energética en un 20 %, mejoró la conductividad y la estabilidad e inhibió el crecimiento de dendritas de zinc.
Si las dendritas conectan los lados positivo y negativo de la batería, puede producirse un cortocircuito y provocar un incendio, otro gran problema con las baterías de iones de litio.
“Estos aditivos no sólo aumentan la eficiencia de la batería, sino que también abordan preocupaciones de seguridad de larga data al reducir la formación de dendritas”, dijo el coautor principal Guiyin Xu, profesor de la Universidad Donghua en Shanghai. “El resultado es una batería compacta de alta densidad que se puede recargar más veces sin una degradación significativa”.
El impacto de estos avances va más allá de la asequibilidad y la seguridad. Las baterías de zinc-azufre tienen una mayor densidad de energía que sus contrapartes de iones de litio, lo que permite diseños más pequeños y duraderos. Puede ser transformador para el almacenamiento de energía renovable y los dispositivos que exigen confiabilidad y eficiencia.
Los principales intereses de Cao en la construcción de mejores baterías son la nueva robótica blanda y los sistemas de detección avanzados, los cuales dependen de baterías duraderas y de alta capacidad. Por ejemplo, está desarrollando robots nadadores de inspiración biológica, cuya resistencia depende de baterías duraderas y livianas que pueden impulsar misiones largas sin fallas; es posible que el robot no termine o regrese a mitad de la misión. Cao, que dirige el Laboratorio de Electrónica y Máquinas Blanda de CWRU, también está desarrollando nuevas tecnologías para la exploración espacial y la agricultura, así como para la eliminación de desechos espaciales ubicuos y peligrosos.
El estudio también se llevó a cabo con investigadores de la Universidad Fudan de Shanghai y la Universidad de Ciencia y Tecnología de Hong Kong.