Investigadores de la Universidad RMIT en Melbourne, Australia ha demostrado por primera vez una "batería de protones" recargable que funciona y que podría volver a cablear la forma en que alimentamos nuestros hogares. vehículos y dispositivos.

La batería recargable es ecológica, y tiene el potencial, con un mayor desarrollo, para almacenar más energía que las baterías de iones de litio disponibles actualmente.

Las aplicaciones potenciales de la batería de protones incluyen el almacenamiento doméstico de electricidad a partir de paneles solares fotovoltaicos, como lo hace actualmente el Tesla 'Power wall' utilizando baterías de iones de litio.

Con algunas modificaciones y ampliando, La tecnología de la batería de protones también se puede utilizar para el almacenamiento a mediana escala en las redes eléctricas, como la batería de litio gigante en Australia del Sur, así como para alimentar vehículos eléctricos.

El prototipo de batería de protones en funcionamiento utiliza un electrodo de carbono como depósito de hidrógeno, junto con una pila de combustible reversible para producir electricidad.

Es el electrodo de carbono más los protones del agua lo que le da a la batería de protones su ambiente, energía y potencial ventaja económica, dice el investigador principal, el profesor John Andrews.

"Nuestro último avance es un paso crucial hacia los baterías de protones sostenibles que pueden ayudar a satisfacer nuestras necesidades energéticas futuras sin dañar más nuestro ya frágil medio ambiente, "Dijo Andrews.

"A medida que el mundo avanza hacia la energía renovable inherentemente variable para reducir las emisiones de efecto invernadero y abordar el cambio climático, los requisitos para el almacenamiento de energía eléctrica serán gigantescos.

"La batería de protones es uno de los muchos contribuyentes potenciales para satisfacer esta enorme demanda de almacenamiento de energía. Alimentar baterías con protones tiene el potencial de ser más económico que usar iones de litio, que están hechos de recursos escasos.

"Carbón, que es el recurso principal utilizado en nuestra batería de protones, es abundante y barata en comparación con las dos aleaciones metálicas para almacenamiento de hidrógeno, y el litio necesario para las baterías recargables de iones de litio ".

Durante la carga, el carbono del electrodo se une a los protones generados al dividir el agua con la ayuda de electrones de la fuente de alimentación. Los protones se liberan nuevamente y vuelven a pasar a través de la celda de combustible reversible para formar agua con oxígeno del aire para generar energía. A diferencia de los combustibles fósiles, el carbono no se quema ni genera emisiones en el proceso.

Los experimentos de los investigadores mostraron que su pequeña batería de protones, con una superficie interior activa de solo 5,5 centímetros cuadrados, ya podía almacenar tanta energía por unidad de masa como las baterías de iones de litio disponibles comercialmente. Esto fue antes de que se optimizara la batería.

"El trabajo futuro ahora se centrará en mejorar aún más el rendimiento y la densidad de energía mediante el uso de materiales a base de carbono en capas atómicamente delgadas, como el grafeno, con el objetivo de una batería de protones que sea verdaderamente competitiva con las baterías de iones de litio a la vista, "Dijo Andrews.

La investigación de RMIT sobre la batería de protones ha sido financiada en parte por el Grupo Australiano de Ciencia y Tecnología de Defensa y la Oficina de Investigación Naval Global de los Estados Unidos.

Cómo funciona la batería de protones

El prototipo de batería funcional combina los mejores aspectos de las pilas de combustible de hidrógeno y la energía eléctrica basada en baterías.

La última versión combina un electrodo de carbono para el almacenamiento de hidrógeno en estado sólido con una pila de combustible reversible para proporcionar una unidad recargable integrada.

El uso exitoso de un electrodo hecho de carbón activado en una batería de protones es un avance significativo y se informa en el Revista Internacional de Energía de Hidrógeno .

Durante la carga, los protones producidos por la división del agua en una celda de combustible reversible se conducen a través de la membrana de la celda y se unen directamente con el material de almacenamiento con la ayuda de electrones suministrados por el voltaje aplicado, sin formar gas hidrógeno.

En el modo de suministro de electricidad, este proceso se invierte; Los átomos de hidrógeno se liberan del almacenamiento y pierden un electrón para convertirse nuevamente en protones. Estos protones luego vuelven a pasar a través de la membrana celular donde se combinan con oxígeno y electrones del circuito externo para volver a formar agua.

Una gran ventaja potencial de la batería de protones es una eficiencia energética mucho mayor que los sistemas de hidrógeno convencionales. haciéndolo comparable a las baterías de iones de litio. Se eliminan las pérdidas asociadas con el desprendimiento de gas hidrógeno y la división en protones.

Hace varios años, el equipo de RMIT demostró que una batería de protones con un electrodo de aleación de metal para almacenar hidrógeno podría funcionar, pero su reversibilidad y recargabilidad era demasiado baja. Además, la aleación empleada contenía elementos de tierras raras, y por lo tanto era pesado y costoso.

Los últimos resultados experimentales mostraron que un electrodo de carbón activado poroso hecho de resina fenólica era capaz de almacenar alrededor de 1% en peso de hidrógeno en el electrodo. Esta es una energía por unidad de masa ya comparable con las baterías de iones de litio disponibles comercialmente, a pesar de que la batería de protones está lejos de estar optimizada. El voltaje máximo de la celda fue de 1,2 voltios.