Investigadores del Instituto de Ciencia de Materiales de Barcelona (ICMAB), centro del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), han diseñado un sistema para baterías de zinc-aire que permite aumentar su potencia hasta un 80% sin modificar la química principal del dispositivo, según ha informado el CSIC.
La estrategia consiste en incorporar elementos conductores en el interior de la batería, donde actúan como electrodos bipolares inalámbricos que facilitan el transporte de carga y reducen la resistencia interna, ha explicado la institución. La investigación, publicada en la revista ‘Energy Storage Materials’, se ha desarrollado en colaboración con el Instituto Catalán de Nanociencia y Nanotecnología (ICN2) y la Universidad Nacional de La Plata (Argentina).
El trabajo, liderado por la investigadora del ICMAB-CSIC Nieves Casañ-Pastor, cuestiona un principio asumido “desde hace décadas” en el diseño de baterías, que el electrolito --el material que permite el movimiento de iones entre los dos electrodos-- no debe contener materiales conductores, ya que estos podrían provocar un cortocircuito y dejar la batería inutilizada.
El equipo ha demostrado que, en determinadas condiciones, introducir pequeñas piezas metálicas conductoras no conectadas por cable al circuito externo ni a los electrodos puede generar un efecto beneficioso.
Según ha explicado el CSIC, cuando la batería funciona, se crea un campo eléctrico entre sus dos electrodos que provoca un fenómeno de polarización en las piezas introducidas. “Esa polarización crea nuevas rutas para el transporte de carga dentro de la batería y facilita las reacciones electroquímicas que generan electricidad”, lo que reduce la resistencia interna y permite suministrar energía más rápidamente, como ha indicado el organismo en un comunicado.
“Normalmente, si un material pudiera transportar electrones dentro del electrolito tendrías un cortocircuito y dejarías de tener una batería”, ha explicado Casañ-Pastor. “Lo sorprendente es que estos conductores no están conectados con cable a nada: simplemente se introducen en el interior del sistema y, aun así, generan efectos beneficiosos y enormes cambios en potencia o capacidad de carga”, ha añadido.
La investigación forma parte de la tesis doctoral de Marc Mosqueda, recién graduado como doctor en el ICMAB, centrada en inducir este tipo de efectos en distintos tipos de baterías. El sistema de zinc-aire, según ha señalado el CSIC, tiene como principal ventaja “el uso de materiales abundantes, baratos y seguros”, aunque presenta el inconveniente de que la reacción con el oxígeno es “relativamente lenta”, lo que limita la potencia que puede suministrar. El nuevo diseño, al facilitar el transporte de carga, “demuestra su potencial” para superar esa limitación.
“El zinc se oxida muy fácilmente, no es peligroso, y la química acuosa del sistema impide que la batería explote como ocurre en las de litio u otros materiales. Por otra parte, el oxígeno tiene una reacción lenta: es un compuesto muy estable”, ha comentado Casañ-Pastor.
La investigadora Casañ-Pastor ha subrayado además que “esto no es la solución definitiva, sino una nueva vía para mejorar distintos parámetros del rendimiento de una batería”. El grupo ha señalado que ya ha observado efectos similares en otras tecnologías de almacenamiento y que “continuará explorando nuevas aplicaciones” de esta arquitectura basada en electrodos bipolares inalámbricos.