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La promesa de las baterías de aluminio rápidas y de gran capacidad

Desde hace mucho tiempo se ha pensado en baterías basadas en el aluminio, atraída por su alta capacidad teórica. Aunque cada átomo de aluminio es un poco más pesado que el litio, los átomos e iones de aluminio son físicamente más pequeños, ya que la mayor carga positiva del núcleo atrae un poco a los electrones. Además, el aluminio cede fácilmente hasta tres electrones por átomo, lo que significa que se puede desplazar mucha carga por cada ion implicado. Sin embargo, un gran problema ha sido que, químicamente, el aluminio no es del todo funcional.Esto se debe a que la mayor parte de los componentes de aluminio son muy insolubles en agua, sus óxidos son extremadamente estables, etc. Es fácil que algo que debería ser una reacción secundaria menor paralice una batería tras unos pocos ciclos de carga y descarga. Por eso, aunque se ha seguido trabajando en ello, las altas capacidades teóricas han parecido a menudo algo que nunca se haría realidad en la práctica. El secreto es depositar el aluminio de manera uniforme si se desea electrodepositar aluminio sobre algún otro metal. Normalmente, se hace utilizando una sal de cloruro de aluminio fundida. Dentro de la sal fundida, los iones de aluminio y cloro tienden a formar largas cadenas de átomos alternados. Cuando el aluminio se deposita en una superficie, tiende a salir del centro de estas cadenas y el volumen físico del resto de la cadena hace que sea más fácil hacerlo en una superficie plana. Dentro de la sal fundida, los iones de aluminio también pueden moverse rápidamente de un electrodo a otro. El problema es que el cloruro de aluminio sólo se funde a 192° C. Pero al mezclar un poco de cloruro de sodio y cloruro de potasio, la temperatura se reduce a 90° C, por debajo del punto de ebullición del agua y es compatible con una mayor variedad de materiales adicionales.

Luego de varias pruebas, el equipo de investigadores decidió trabajar con el selenio, creando una célula de batería experimental y confirmando que se comportaba según las expectativas. Entonces, fue cuando descubrieron que, después de algunos ciclos de carga y descarga, la superficie estaba algo bloqueada, según las imágenes obtenidas, pero no salían extensiones grandes o puntiagudas que pudieran dañar la batería. Las reacciones en el electrodo de selenio parecían comenzar en la sal fundida antes de terminar en la superficie del electrodo. En general, la célula mostró un rendimiento estable durante docenas de ciclos y el tipo de alta capacidad por peso que debería proporcionar el aluminio. Así pues, el equipo pasó a construir y probar las pilas que realmente les interesaban: las de aluminio y azufre. Con tasas de descarga lentas, las células de aluminio-azufre tenían una capacidad de carga por peso que triplicaba la de las baterías de iones de litio. Esta cifra disminuía a medida que aumentaba el ritmo de carga/descarga, pero el rendimiento seguía siendo excelente. Si la célula se descargaba durante dos horas y se cargaba en sólo seis minutos, seguía teniendo una capacidad de carga por peso un 25% superior a la de las baterías de iones de litio y conservaba aproximadamente el 80% de esa capacidad después de 500 ciclos, mucho más de lo que se ve en la mayoría de las químicas de litio. Si se reducen los tiempos de carga a poco más de un minuto, la capacidad por peso es aproximadamente igual a la de una batería de iones de litio y más del 80% de esa capacidad sigue estando disponible después de 200 ciclos. La célula de la batería podía incluso tolerar una carga completa en menos de 20 segundos, aunque la capacidad por peso era sólo un poco más de la mitad de lo que se obtendría con una de iones de litio. Una de las mayores advertencias y por la que deben tener una gran precaución es que, si los materiales se contaminan con agua, la batería empezará a producir sulfuro de hidrógeno, que es venenoso y altamente inflamable. Así que, aunque la batería no puede incendiarse como algunas opciones de iones de litio, si su contenido entra en contacto con el medio ambiente, hay un periodo en el que es posible que se produce un incendio antes de que la sal se enfríe y se solidifique. Finalmente, los investigadores señalaron que la simplicidad de la química debería impulsar la reciclabilidad de las baterías al final de su vida útil.

La promesa de las baterías de aluminio rápidas y de gran capacidad



Desde hace mucho tiempo se ha pensado en baterías basadas en el aluminio, atraída por su alta capacidad teórica. Aunque cada átomo de...

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