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 tener una alternativa más duradera y rentable.
En un estudio publicado recientemente Química aplicadalos investigadores anunciaron un paso importante hacia la creación de baterías de zinc-azufre de alto rendimiento y bajo costo.
“Esta investigación marca un paso importante 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 bajo impacto ambiental y una mínima dependencia del material”.
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 económicos y tienen menos preocupaciones ambientales 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 condujo a varias mejoras significativas: un aumento del 20 por ciento en la capacidad energética, mejor conductividad y estabilidad y evitó 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 problema importante con las baterías de iones de litio.
“Estos aditivos no sólo aumentan el rendimiento de la batería, sino que también abordan preocupaciones de seguridad de larga data al reducir la formación de dendritas”, dijo el coautor principal Jian Xu, profesor de la Universidad Donghua en Shanghai. “El resultado es una batería compacta de alta densidad que puede cargarse más veces sin una degradación significativa”.
Las implicaciones de este desarrollo van 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. Esto podría ser transformador para el almacenamiento de energía renovable y los dispositivos que exigen confiabilidad y eficiencia.
Los principales intereses de Cao en el desarrollo de mejores baterías son la robótica blanda novedosa y los sistemas de detección avanzados, los cuales dependen de baterías de alta capacidad y larga duración. Por ejemplo, está desarrollando robots nadadores de inspiración biológica, cuya resistencia depende de baterías duraderas y livianas que pueden impulsar misiones largas sin fallas: los robots no se estrellan a mitad de la misión en mayo o tal vez nunca regresen. Cao, que dirige el Laboratorio de Electrónica y Máquinas Blanda de CWRU, está desarrollando nuevas tecnologías para la exploración y la agricultura espaciales, así como para eliminar los omnipresentes y peligrosos desechos espaciales.
La investigación también se llevó a cabo con investigadores de la Universidad Fudan de Shanghai y la Universidad de Ciencia y Tecnología de Hong Kong.
