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jueves, 14 de enero de 2016

BACTERIAS DE IÓN ALUMINIO DE RECARGA ULTRARÁPIDA

Tras 30 años de investigación las baterías recargables de ión aluminio empiezan a ser una alternativa a bajo costo de las de ión litio. Se publica en Nature una batería con alta velocidad de recarga que usa un ánodo de aluminio y un cátodo de espuma de grafito pirolítico. Tiempos de recarga de un minuto (ultrarrápido) con una densidad de energía de 40 Wh/kg (similar a las baterías actuales), una alta potencia de unos 3000 W/kg (similar a un supercondensador) y capaz de soportar más de 7500 ciclos de carga/descarga. Estas nuevas baterías recargables de ión aluminio tienen un futuro muy prometedor.


El nuevo trabajo propone celdas de Al/grafito que operan a 25 ºC. El ánodo es una lámina de aluminio con un espesor entre 15 y 250 micras, el cátodo es una espuma tridimensional de grafito pirolítico y como electrolito se usa el líquido iónico AlCl3/[EMIm]Cl (donde [EMIm]Cl significa cloruro de 1-etil-3-metilimidazolio). 

Durante la descarga en el ánodo los iones AlCl4– se transforman en Al2Cl7– y durante la carga se produce la reacción inversa. En el cátodo, durante la carga los iones AlCl4– se intercalan entre las capas de grafito y durante la descarga se entresacan (desintercalan).

Las celdas de Al/grafito (basadas en espuma de grafito) muestran un comportamiento en carga y descarga realmente impresionante por su gran estabilidad.

Pero quizás lo más impresionante es que el tiempo de recarga es de sólo un minuto para 5000 mA/g. Con ello el nuevo artículo cumple el sueño de muchos investigadores. Una batería de ión aluminio ultrarrápida con gran capacidad y con gran estabilidad durante miles de ciclos carga/descarga.

A pesar de todas sus ventajas, esta tecnología no es el sistema perfecto para el almacenaje de energía, pues tiene varios defectos, como pueden ser:

  • Duración media: depende de la cantidad de carga que almacenen, independientemente de su uso. Tienen una vida útil de unos 3 años o más si se almacenan con un 40% de su carga máxima (en realidad, cualquier batería, independientemente de su tecnología, se deteriora si se almacena sin carga. Basta con recordar el proceso de sulfatación que ocurría en las antiguas baterías de zinc-carbón cuando se almacenaban al descargarse completamente).

  • Soportan un número limitado de cargas: entre 300 y 1000, menos que bateria de níquel cadmio e igual que las de Ni-MH, por lo que ya empiezan a ser consideradas e unaen la categoría de consumibles. Son costosas: su fabricación es más costosa que las de Ni-Cd e igual que las de Ni-MH, si bien el precio en la actualidad baja rápidamente debido a su gran penetración en el mercado, con el consiguiente abaratamiento. Podemos decir que se utilizan en todos los teléfonos móviles y ordenadores portátiles del mundo y continúa extendiéndose su uso a todo tipo de herramientas portátiles de baja potencia.

  • Pueden sobrecalentarse hasta el punto de explotar: están fabricadas con materiales inflamables que las hace propensas a detonaciones o incendios, por lo que es necesario dotarlas de circuitos electrónicos que controlen en todo momento su temperatura.

  • Peor capacidad de trabajo en frío: ofrecen un rendimiento inferior a las baterías de Ni-Cd o Ni-MH a bajas temperaturas, reduciendo su duración hasta en un 25%.

  • Voltaje muy variable: debido a que la variación de la tensión de celda es muy grande, se hace imprescindible usar un pequeño convertidor CC/CC en función de la aplicación de la que se trate si se quiere tener una tensión de salida constante.

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