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Una batería sostenible de larga duración podría estar a la vuelta de la esquina

Una batería sostenible de larga duración podría estar a la vuelta de la esquina


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¿Imagina un mundo en el que nunca tendrás que preocuparte por encontrar un lugar para cargar la batería de tu teléfono? El sueño utópico de una batería duradera y sostenible podría estar a la vuelta de la esquina.

¿Pero es realista? Aunque todavía no hemos llegado allí, ha habido una gran cantidad de trabajo por parte de investigadores de todo el mundo para hacer de esta una posibilidad distinta.

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Los investigadores y otros científicos se dieron cuenta hace mucho tiempo de que si realmente queremos avanzar hacia un futuro más sostenible, realmente necesitamos solucionar el problema del almacenamiento de energía de capacidad limitada, como las baterías. Esto ha llevado a discusiones globales sobre el tema en cuestión.

Incluso ha habido una explosión de nuevas empresas ágiles que se dedican al trabajo. Sus soluciones van desde mejoras incrementales en el antiguo diseño de la batería hasta soluciones más listas para usar.

Hasta la fecha, estos van desde microcondensadores, celdas de combustible de óxido sólido en miniatura, polímero de grafeno, aluminio-grafito y tecnología de nanocables de oro e incluso sodio. Hay baterías que se pueden cargar con agua, piel, ondas sonoras, orina y plantas e incluso sal y espuma.

Sin embargo, a pesar de esta explosión de ideas, ninguna ha podido ser comercialmente viable. Al menos no todavía.

Un obstáculo podría ser la falta de fondos que ha logrado conseguir esta área de investigación. Lux Research, una empresa de investigación tecnológica, ha estimado que del4 mil millones de dólares gastado en investigación energética, solo 1% se ha sumergido en la investigación energética durante los últimos 10 años.

Según el American Energy Innovation Council, Estados Unidos, en particular, gasta más en variedades de papas fritas y tortillas que en I + D sostenible.

Por qué debemos alejarnos de los iones de litio

Pero, ¿qué pasa con las baterías de iones de litio? Te oímos llorar. Esta tecnología está ampliamente disponible y es relativamente asequible para la mayoría.

Pero esto contradice el verdadero costo de estos diminutos depósitos de energía. Su producción está lejos de ser sostenible.

Sus componentes a menudo se obtienen de manera poco ética, de enormes minas y tienden a ser muy dañinos para el medio ambiente cuando llegan al final de la vida.

De hecho, las baterías Li-on no son una innovación reciente, a pesar de lo que pueda pensar. La tecnología puede rastrear su origen alrededor de 1912 gracias al trabajo de un químico físico estadounidense Gilbert Newton.

Pero no sería hasta la década de 1970 que las baterías de litio no recargables llegarían al mercado.

Si bien hoy vienen en una amplia variedad de tamaños y formas, su anatomía básica es prácticamente idéntica. Las baterías de polímero de litio, por ejemplo, solo se diferencian realmente de sus otros hermanos y hermanas de litio por el uso de electrolito de polímero sólido seco.

Las primeras baterías de Li-on recargables usaban electrodos a base de litio, pero se descubrió que esto era menos que ideal en la década de 1980. De hecho, podrían calentarse mucho e incluso podrían representar un peligro de incendio.

Las baterías de hoy, por otro lado, reemplazan el metal de litio y en su lugar usan cobalto de litio para el cátodo y grafito para el ánodo. El electrolito de la batería también está hecho de sal de litio.

La demanda de baterías de iones de litio ha provocado una gran sed de litio en todo el mundo. Tanto es así, que su precio se ha duplicado entre 2016 y 2018.

Una de las mayores fuentes de litio es el llamado Triángulo de Litio que cubre Argentina, Bolivia y Chile. Para extraerlo, los mineros perforan agujeros en las salinas y bombean salmuera salada y rica en minerales a la superficie.

Luego se deja que se evapore simplemente al sol y se eliminan las sales ricas en litio. Pero este proceso usa mucha agua.

Tanto, de hecho, que los agricultores locales realmente sufren por la falta de una cantidad decente de agua para sus cultivos. No solo eso, sino que el proceso de extracción de litio puede conducir a la posibilidad de que los productos químicos tóxicos utilizados en el proceso se filtren en el ciclo del agua local.

La eliminación de ellos también es problemática para el medio ambiente. Si bien encontrar métodos para reciclarlos de manera efectiva o encontrar otros métodos para extraer litio del agua de mar podría ayudar a resolver un posible cuello de botella en el suministro, en realidad solo es un yeso en un brazo roto.

Realmente necesitamos encontrar una alternativa a esta venerable y omnipresente batería.

¿Cuáles son algunas alternativas potenciales a Li-on?

Hasta la fecha, hay algunas áreas interesantes de investigación que podrían proporcionar el potencial para arrancar Li-on de su trono. El crecimiento de la electrónica durante el último siglo muestra que la necesidad de una batería duradera y sostenible es cada vez más urgente.

Otras industrias también están impulsando el impulso para solucionar este problema lo antes posible. Los vehículos eléctricos, en particular, ejercerán aún más presión sobre la disminución de los recursos naturales y agravarán las prácticas ya cuestionables empleadas en la producción de baterías de iones de litio en la actualidad.

Teniendo esto en cuenta, las siguientes 4 áreas de investigación podrían allanar el camino para una batería del futuro más duradera y sostenible. Hay muchos más proyectos, pero estos son algunos de los más prometedores.

1. Las baterías de aluminio serían mejores para el medio ambiente

Un potencial, de los investigadores de la Universidad Victoria de Wellington, es buscar un nuevo tipo de electrolito. Ellos, en colaboración con Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Clermont-Ferrand en Francia, podrían ser la clave para prácticas baterías de aluminio.

Según el líder de la investigación, el profesor Thomas Nann, "este electrolito hará que las baterías de aluminio sean más baratas y fáciles de producir. Es más asequible que los líquidos iónicos que se utilizan actualmente en las baterías de aluminio, y también es más sostenible, ya que nuestro electrolito se puede fabricar con plantas ".

Esto podría tener piernas. Si es posible, las baterías de aluminio serían una excelente alternativa. No serían tóxicos, tendrían poco o ningún riesgo de explotar, serían fácilmente reciclables y el aluminio es uno de los metales más abundantes de la Tierra.

2. Agregar molibdeno y azufre a la mezcla podría ser la respuesta

Aunque técnicamente no reemplaza el litio por completo, un equipo de investigación de la Universidad de Texas está trabajando para hacer que el uso del litio en las baterías sea más efectivo y seguro para el medio ambiente.

Según el equipo, las baterías de litio y azufre serían menos costosas de producir, serían muy ligeras y almacenarían más del doble de energía que las tradicionales de iones de litio. Pero el azufre es un mal conductor eléctrico, los electrodos de azufre también tienden a romperse durante la carga, menos que lo ideal.

Pero se las arreglaron para encontrar una solución. Al agregar molibdeno al azufre, los electrodos de repente se vuelven conductores y, lo que es más importante, estables.

"Esto era lo que todo el mundo estaba buscando, durante mucho tiempo", dijo el miembro de la investigación, el Dr. Kyeongjae Cho. “Ese es el gran avance. Estamos tratando de reprimir las reacciones secundarias. Es una tecnología de protección.

"Estamos llevando esto al siguiente paso y estabilizaremos completamente el material y lo llevaremos a una tecnología comercial práctica y real".

3. ¿Quizás deberíamos reinventar la rueda por completo?

Otra alternativa, de los investigadores de ETH Zurich y Empa en Suiza, está considerando cambiar los materiales utilizados en el electrolito y los electrodos por completo.

El nitruro de titanio podría ser un buen reemplazo para los electrolitos actuales a base de litio. Este es un material similar a la cerámica que presenta una alta conductividad eléctrica.

Maksym Kovalenko, de ETH Zurich, dijo: "Este compuesto está formado por elementos muy abundantes de titanio y nitrógeno, y es fácil de fabricar".

También se puede formar fácilmente en películas delgadas.

El grafito también se usa fácilmente como cátodo en soluciones de baterías sostenibles como las baterías de aluminio. El equipo descubrió que podían reemplazar el grafito con un hidrocarburo en forma de cadena llamado polipireno.

Si bien esto puede parecer una elección extraña, tiene algunos beneficios interesantes sobre el grafito. Uno de los más importantes es la capacidad de influir en sus propiedades.

La combinación de nitruro de titanio y polipireno podría abrir la puerta a algo llamado 'celdas de bolsa' que son baterías encerradas en una película flexible.

4. Los electrodos de sulfuro podrían prolongar la vida útil de las baterías de litio.

Investigadores de la Universidad de Florida Central han estado trabajando en una batería sostenible basada en sulfuros. En un informe reciente publicado en la revista de materiales Advanced Energy, describen cómo han diseñado un nuevo tipo de electrodo.

Este electrodo, afirman, muestra una conductividad excelente, es estable a altas temperaturas y debería ser relativamente económico de fabricar. No solo eso, sino que su uso podría hacer que las baterías de litio existentes duren mucho más.

Estiman que podría significar que las baterías de litio podrían conservar su alto rendimiento durante miles de ciclos de recarga sin degradarse.

Su solución es reemplazar el cátodo con una aleación de película delgada de sulfuro de níquel y sulfuro de hierro. Esta combinación aporta al cátodo muchas ventajas interesantes sobre los convencionales entre 300 y 500 veces.

El secreto es su combinación de sulfuros de níquel y hierro en una película delgada. Esta película se graba posteriormente para hacerla porosa a nivel de nanoescala.

Estos nanoporos, o estructuras perforadas, amplían enormemente el área de superficie disponible para la reacción química.

"Esta es una tecnología de película delgada realmente transformadora", dijo Yang.


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