Un nuevo material conductor y un nuevo material de electrodo podrían allanar el camino para baterías económicas y, por lo tanto, el almacenamiento a gran escala de energía renovable.

La transición energética depende de tecnologías que permitan el almacenamiento temporal económico de electricidad procedente de fuentes renovables. Un nuevo candidato prometedor son las baterías de aluminio, que se elaboran con materias primas baratas y abundantes.

Científicos de ETH Zurich y Empa, dirigido por Maksym Kovalenko, Profesor de Materiales Inorgánicos Funcionales, se encuentran entre los involucrados en la investigación y desarrollo de baterías de este tipo. Los investigadores ahora han identificado dos nuevos materiales que podrían generar avances clave en el 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.

A medida que el fluido electrolítico de las baterías de aluminio corroe el acero inoxidable, oro y platino, Los científicos están buscando materiales resistentes a la corrosión para las partes conductoras de estas baterías. Nitruro de titanio, un material cerámico que presente una conductividad suficientemente alta, es tal conductor. "Este compuesto se compone de elementos muy abundantes de titanio y nitrógeno, y es fácil de fabricar, "explica Kovalenko.

Los científicos han fabricado con éxito baterías de aluminio con partes conductoras hechas de nitruro de titanio en el laboratorio. El material se puede producir fácilmente en forma de películas delgadas, también como recubrimiento sobre otros materiales como láminas de polímero. Kovalenko cree que también sería posible fabricar los conductores de un metal convencional y recubrirlos con nitruro de titanio. o incluso para imprimir pistas conductoras de nitruro de titanio sobre plástico. "Las posibles aplicaciones del nitruro de titanio no se limitan a las baterías de aluminio. El material también podría utilizarse en otros tipos de baterías; por ejemplo, en los basados ​​en magnesio o sodio, o en baterías de iones de litio de alto voltaje, "dice Kovalenko.

El segundo material nuevo se puede utilizar para el electrodo positivo (polo) de las baterías de aluminio. Mientras que el electrodo negativo de estas baterías está hecho de aluminio, el electrodo positivo suele estar hecho de grafito. Ahora, Kovalenko y su equipo han encontrado un nuevo material que rivaliza con el grafito en términos de la cantidad de energía que puede almacenar una batería. El material en cuestión es polipireno, un hidrocarburo con una estructura molecular en forma de cadena (polimérica). En experimentos, las muestras del material, particularmente aquellas en las que las cadenas moleculares se congregan de manera desordenada, resultaron ser ideales. "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 polipireno 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. "A diferencia de, el grafito utilizado en la actualidad es un mineral. Desde una perspectiva de ingeniería química, no se puede modificar, "dice Kovalenko.

Como tanto el nitruro de titanio como el polipireno son materiales flexibles, los investigadores creen que son adecuados para su uso en "celdas de bolsa" (baterías encerradas en una película flexible).

Baterías para la transición energética

Se genera una cantidad cada vez mayor de electricidad a partir de la energía solar y eólica. Sin embargo, ya que se necesita electricidad incluso cuando el sol no brilla y el viento no sopla, se necesitarán nuevas tecnologías, como nuevos tipos de baterías, almacenar esta electricidad de manera rentable. Aunque las baterías de iones de litio existentes son ideales para la electromovilidad debido a su bajo peso, también son bastante caros y, por lo tanto, no son adecuados para grandes cantidades económicas, almacenamiento de energía estacionario.

Es más, el litio es un metal relativamente raro y difícil de extraer; a diferencia del aluminio, magnesio o 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 se encuentran todavía en la etapa de investigación y aún no han entrado en uso industrial.