La transición energética depende de tecnologías que permitan el almacenamiento temporal económico de electricidad de fuentes renovables. Un nuevo candidato prometedor son las baterías de aluminio, que están hechas de materias primas baratas y abundantes.
Los científicos de ETH Zurich y Empa, liderados por Maksym Kovalenko, profesor de materiales inorgánicos funcionales, se encuentran entre los involucrados en la investigación y el desarrollo de baterías de este tipo. Los investigadores han identificado dos nuevos materiales que podrían generar avances clave enel desarrollo de baterías de aluminio. El primero es un material resistente a la corrosión para las partes conductoras de la batería; el segundo es un material novedoso para el polo positivo de la batería que se puede adaptar a una amplia gama de requisitos técnicos.
fluido electrolítico agresivo
Como el fluido electrolítico en las baterías de aluminio es extremadamente agresivo y corroe el acero inoxidable, e incluso el oro y el platino, los científicos están buscando materiales resistentes a la corrosión para las partes conductoras de estas baterías. Kovalenko y sus colegas han encontrado lo que están buscandoen nitruro de titanio, un material cerámico que exhibe una conductividad suficientemente alta. "Este compuesto está compuesto por los elementos altamente abundantes titanio y nitrógeno, y es fácil de fabricar", explica Kovalenko.
Los científicos han fabricado con éxito baterías de aluminio con piezas conductoras de nitruro de titanio en el laboratorio. El material se puede producir fácilmente en forma de películas delgadas, también como un recubrimiento sobre otros materiales como láminas de polímero. Kovalenko cree que tambiénser posible fabricar los conductores de un metal convencional y recubrirlos con nitruro de titanio, o incluso imprimir pistas conductoras de nitruro de titanio en plástico ". Las aplicaciones potenciales del nitruro de titanio no se limitan a las baterías de aluminio. El material también podría usarse enotros tipos de baterías; por ejemplo, en las basadas en magnesio o sodio, o en baterías de iones de litio de alto voltaje ", dice Kovalenko.
Una alternativa al grafito
El segundo material nuevo se puede usar para el electrodo positivo polo de las baterías de aluminio. Mientras que el electrodo negativo en estas baterías está hecho de aluminio, el electrodo positivo generalmente está hecho de grafito. Ahora, Kovalenko y su equipo han encontrado unnuevo material que rivaliza con el grafito en términos de la cantidad de energía que una batería puede almacenar. El material en cuestión es el polipropileno, un hidrocarburo con una estructura molecular polimérica similar a una cadena. En los experimentos, muestras del material, particularmente aquellasen el que las cadenas moleculares se congregan de manera desordenada, resultó ser ideal. "Queda mucho espacio entre las cadenas moleculares. Esto permite que los iones relativamente grandes del fluido electrolítico penetren y carguen el material del electrodo fácilmente", explica Kovalenko.
Una de las ventajas de los electrodos que contienen polipropileno es que los científicos pueden influir en sus propiedades, como la porosidad. Por lo tanto, el material se puede adaptar perfectamente a la aplicación específica ". En contraste, el grafito utilizado en la actualidad es un mineral.Desde una perspectiva de ingeniería química, no se puede modificar ", dice Kovalenko.
Dado que tanto el nitruro de titanio como el polipropileno son materiales flexibles, los investigadores creen que son adecuados para su uso en "celdas de bolsa" baterías incluidas en una película flexible.
Baterías para la transición energética
Se genera una cantidad creciente de electricidad a partir de la energía solar y eólica. Sin embargo, dado que se necesita electricidad incluso cuando el sol no brilla y el viento no sopla, se necesitarán nuevas tecnologías, como nuevos tipos de baterías, para almacenarEsta electricidad es rentable. Aunque las baterías de iones de litio existentes son ideales para la electromovilidad debido a su bajo peso, también son bastante caras y, por lo tanto, inadecuadas para el almacenamiento económico de energía estacionaria a gran escala.
Además, el litio es un metal relativamente raro y difícil de extraer, a diferencia del aluminio, el magnesio o el sodio. Las baterías basadas en uno de los últimos tres elementos se consideran una opción prometedora para el almacenamiento de energía estacionaria en el futuro. Sin embargo,tales baterías aún están en la etapa de investigación y aún no han entrado en uso industrial.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por ETH Zúrich . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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