Las «baterías de agua» dan un paso adelante: cada vez son más estables y duran más
La batería no ha presentado una disminución considerable de la capacidad durante 220 ciclos de carga y descarga
Las baterías de iones de litio podrían tener los días contados. Aunque llevan con nosotros desde hace décadas, estando presentes en dispositivos como teléfonos móviles inteligentes y coches eléctricos, se están investigando nuevos tipos de baterías para sustituirlas tanto por razones técnicas como ambientales y económicas. Por ejemplo, las baterías de flujo redox orgánica acuosa (AORFB, por sus siglas en inglés).
Las baterías AORFB utilizan moléculas orgánicas solubles en agua, como electrolitos activos, para almacenar y liberar energía química. Por la parte orgánica, utiliza moléculas de carbono sintetizadas, que son diseñables y sostenibles. Por la parte acuosa, porque están disueltos en agua, lo que reduce el riesgo de incendio o fuga tóxica comparado con electrolitos orgánicos inflamables.
Tienen varias ventajas frente a otros tipos de baterías: son más seguras (no inflamables y baja toxicidad) y su vida útil es bastante larga (pueden durar más de 10 mil ciclos sin degradarse notablemente). Sin embargo, no son fáciles de producir. Aparte de que algunas moléculas orgánicas son caras de fabricar a gran escala, otras se degradan con el tiempo, sobre todo al estas expuestas al oxígeno o luz. Poco a poco, los investigadores están superando estos retos, y ya han desarrollado una bastante prometedora.
Una innovadora batería con diseño distinto para solucionar los problemas propios de la tecnología
Un equipo de la Universidad Xi'an Jiaotong, dirigido por el profesor Gang He, ha desarrollado una batería de flujo redox orgánica acuosa (AORFB) que destaca por su rendimiento estable, ya que no ha presentado una disminución considerable de la capacidad durante 220 ciclos de carga y descarga.
La batería cuenta con un nuevo diseño de electrolito que aborda los problemas relacionados con la estabilidad y el costo de esta tecnología. "Debido a su alta densidad energética, larga vida útil y excelente desempeño de seguridad, la batería de flujo se considera un candidato prometedor entre los dispositivos de almacenamiento de energía a gran escala", afirmó el investigador en un nuevo estudio.
Los investigadores sintetizaron derivados de NDI modificados con zwitteriones (también llamados iones dipolares, son moléculas eléctricamente neutras, pero que poseen cargas formales positivas y negativas en átomos diferentes de su estructura) mediante un método de presión atmosférica. El uso de estos zwitteriones con cargas positivas y negativas crea repulsión electrostática entre las moléculas de NDI.
Dicha repulsión organiza las moléculas en un patrón de apilamiento paralelo-escalonado. El ángulo entre moléculas adyacentes es de 42,8º y la distancia de apilamiento es de 3,45 Å. Esta estructura tiene varios efectos, como mejorar la solubilidad a 1,49 M y la aromaticidad de la molécula en su estado reducido, contribuyendo así a su estabilidad durante la transferencia de electrones.
Las baterías AORFB están especialmente pensadas para almacenamiento de energía renovable a gran escala, como podrían ser parques solares o eólicos, microrredes y estaciones de carga de vehículos eléctricos. La Universidad de Harvard ha desarrollado baterías de este tipo basadas en antraquinonas y TEMPO, con vida útil de más de 1.000 ciclos.