Baterías de Agua de Alta Densidad: Superando el Rendimiento de las de Litio en Seguridad y Capacidad

“Nuestro trabajo demuestra que es posible desarrollar baterías acuosas seguras con alta densidad energética, ofreciendo una opción para el almacenamiento energético a gran escala e incluso para vehículos eléctricos”

- Li Xianfeng, autor principal del estudio y profesor en el Instituto de Física Química de Dalian, CAS.

8/5/2024

El reciente estudio publicado en la revista Nature Energy revela que estas nuevas baterías acuosas, basadas en bromo y yodo, alcanzan una densidad energética de 1200 Wh/L, superando considerablemente los 700 Wh/L de las baterías de litio no acuosas. Esta mejora se presenta como una solución potencial a los problemas de seguridad asociados con las baterías de litio, que son altamente inflamables y representan un riesgo en aplicaciones donde la seguridad es crítica.

Los investigadores destacan que, además de su capacidad energética superior, estas baterías acuosas ofrecen ventajas significativas en términos de seguridad, al no utilizar electrolitos inflamables. Esto las convierte en candidatas ideales para su uso en vehículos eléctricos y almacenamiento de energía estacionaria, donde el riesgo de incendio debe minimizarse.

La composición única de estas baterías permite operaciones más seguras y eficientes. El diseño utiliza un electrolito a base de agua, eliminando la necesidad de sustancias inflamables y aumentando la seguridad operativa, especialmente en comparación con las baterías de litio convencionales que utilizan electrolitos orgánicos.

Algo Curioso

A pesar de su reciente desarrollo, las baterías acuosas están empezando a mostrar potencial para superar a las tradicionales baterías de litio en varios frentes, especialmente en términos de seguridad y costos ambientales, lo que podría cambiar radicalmente el panorama de las tecnologías de almacenamiento de energía.

Un Avance Significativo en la Tecnología de Baterías

El enfoque innovador de la batería acuosa no solo se centra en su alta densidad energética, sino también en la estabilidad y durabilidad de su ciclo de vida. En pruebas recientes, estos nuevos modelos de baterías demostraron una capacidad de funcionamiento continuo de más de 300 ciclos de carga y descarga, manteniendo una eficiencia energética del 78%. Además, cuando se utilizaron con un ánodo de vanadio, su ciclo de vida se extendió hasta los 1,000 ciclos, lo que indica una estabilidad significativa que podría traducirse en menor necesidad de reemplazos frecuentes y, por ende, un menor impacto ambiental a largo plazo.

Esta durabilidad se complementa con el bajo costo de los materiales empleados en la batería. Los investigadores destacan que el costo de producción de estas baterías acuosas podría ser comparable al de las baterías de litio tradicionales, lo cual es vital para su adopción en masa. La utilización de bromo e yodo, elementos más abundantes y menos costosos que el litio, no solo reduce los costos de producción sino que también disminuye la dependencia de minerales escasos y geopolíticamente sensibles como el litio.

Además de las ventajas económicas, el proceso de fabricación de estas baterías acuosas implica menor riesgo ambiental y de salud en comparación con las baterías de litio, que requieren procesos de manufactura que involucran sustancias químicas peligrosas y procedimientos a altas temperaturas. Esto representa un avance significativo en términos de sostenibilidad y seguridad industrial.

El diseño de la batería acuosa permite superar las limitaciones tradicionales de las baterías de agua, como la baja densidad energética y el voltaje limitado, gracias a la introducción de una solución de halógenos mixtos que actúa como electrolito. El uso innovador de iones de yoduro (I-) y bromuro (Br-) permite una transferencia múltiple de electrones durante los procesos de carga y descarga, optimizando así la capacidad y eficiencia de la batería.

Potencial de Mercado y Aplicaciones Futuras

La capacidad específica de esta nueva cátodo, basada en la combinación de bromo e yodo, alcanza más de 840 Ah/L, y la densidad energética obtenida en pruebas completas de la batería se elevó hasta 1200 Wh/L. Este avance proporciona una solución potencialmente revolucionaria para aplicaciones que requieren alta capacidad y estabilidad, como los vehículos eléctricos y el almacenamiento de energía a escala de red.

El proceso de descarga involucra la reducción de IO3- a I- en el lado negativo, mientras que durante la carga, los iones de yoduro se oxidan a yodo elemental y luego a iodato. Este ciclo ayuda a mantener la integridad estructural y química de la batería, mejorando así la seguridad y eficacia durante su uso prolongado.