Las baterías de metal-aire son uno de los tipos de baterías más livianos y compactos disponibles, pero pueden tener una limitación importante:cuando no están en uso, se degradan rápidamente, mientras la corrosión corroe sus electrodos metálicos. Ahora, Los investigadores del MIT han encontrado una manera de reducir sustancialmente esa corrosión, haciendo posible que dichas baterías tengan una vida útil mucho más larga.

Si bien las baterías de iones de litio recargables típicas solo pierden alrededor del 5 por ciento de su carga después de un mes de almacenamiento, son demasiado costosos, voluminoso, o pesado para muchas aplicaciones. Las baterías de aluminio-aire primarias (no recargables) son mucho menos costosas y más compactas y livianas. pero pueden perder el 80 por ciento de su carga al mes.

El diseño del MIT supera el problema de la corrosión en las baterías de aluminio-aire al introducir una barrera de aceite entre el electrodo de aluminio y el electrolito, el fluido entre los dos electrodos de la batería que corroe el aluminio cuando la batería está en espera. El aceite se bombea rápidamente y se reemplaza con electrolito tan pronto como se usa la batería. Como resultado, la pérdida de energía se reduce a sólo un 0,02 por ciento al mes, una mejora de más de mil veces.

Los hallazgos se informan hoy en la revista. Ciencias por el ex estudiante graduado del MIT Brandon J. Hopkins '18, W.M. Profesor Keck de Energía Yang Shao-Horn, y profesor de ingeniería mecánica Douglas P. Hart.

Si bien se han utilizado varios otros métodos para extender la vida útil de las baterías de metal-aire (que pueden usar otros metales como sodio, litio, magnesio, zinc, o hierro), Estos métodos pueden sacrificar el rendimiento, dice Hopkins. La mayoría de los otros enfoques implican reemplazar el electrolito con un formulación química menos corrosiva, pero estas alternativas reducen drásticamente la energía de la batería.

Otros métodos implican bombear el electrolito líquido durante el almacenamiento y volver a colocarlo antes de su uso. Estos métodos aún permiten una corrosión significativa y pueden obstruir los sistemas de plomería en el paquete de baterías. Debido a que el aluminio es hidrófilo (atrae agua) incluso después de drenar el electrolito del paquete, el electrolito restante se adherirá a las superficies de los electrodos de aluminio. "Las baterías tienen estructuras complejas, por lo que hay muchos rincones en los que el electrolito queda atrapado, "que da como resultado una corrosión continua, Hopkins explica.

Una clave del nuevo sistema es una fina membrana colocada entre los electrodos de la batería. Cuando la batería está en uso, ambos lados de la membrana están llenos de un electrolito líquido, pero cuando la batería se pone en espera, se bombea aceite al lado más cercano al electrodo de aluminio, que protege la superficie de aluminio del electrolito en el otro lado de la membrana.

El nuevo sistema de batería también aprovecha una propiedad del aluminio llamada "oleofobicidad submarina", es decir, cuando el aluminio se sumerge en agua, repele el aceite de su superficie. Como resultado, cuando se reactiva la batería y se vuelve a bombear el electrolito, el electrolito desplaza fácilmente el aceite de la superficie de aluminio, que restaura las capacidades de energía de la batería. Irónicamente, el método MIT de supresión de la corrosión aprovecha la misma propiedad del aluminio que promueve la corrosión en los sistemas convencionales.

El resultado es un prototipo de aluminio-aire con una vida útil mucho más larga que la de las baterías convencionales de aluminio-aire. Los investigadores demostraron que cuando la batería se usaba repetidamente y luego se ponía en espera durante uno o dos días, el diseño del MIT duró 24 días, mientras que el diseño convencional duró solo tres. Incluso cuando se incluyen aceite y un sistema de bombeo en los paquetes de baterías primarias de aluminio-aire ampliadas, siguen siendo cinco veces más ligeras y dos veces más compactas que las baterías recargables de iones de litio para vehículos eléctricos, los investigadores informan.

Hart explica que el aluminio, además de ser muy económico, es uno de los "materiales de almacenamiento con mayor densidad de energía química que conocemos", es decir, es capaz de almacenar y entregar más energía por libra que casi cualquier otra cosa, con solo bromos, que son costosos y peligrosos, siendo comparable. Él dice que muchos expertos piensan que las baterías de aluminio y aire pueden ser el único reemplazo viable para las baterías de iones de litio y para la gasolina en los automóviles.

Las baterías de aluminio-aire se han utilizado como extensores de alcance para vehículos eléctricos para complementar las baterías recargables incorporadas. para agregar muchas millas adicionales de conducción cuando se agota la batería incorporada. A veces también se utilizan como fuentes de energía en ubicaciones remotas o para algunos vehículos submarinos. Pero si bien estas baterías pueden almacenarse durante períodos prolongados siempre que no se utilicen, tan pronto como se enciendan por primera vez, comienzan a degradarse rápidamente.

Estas aplicaciones podrían beneficiarse enormemente de este nuevo sistema, Hart explica, porque con las versiones existentes, "realmente no puede apagarlo. Puede eliminarlo y retrasar el proceso, pero no puedes apagarlo ". Sin embargo, si se utilizó el nuevo sistema, por ejemplo, como extensor de alcance en un automóvil, "podría usarlo y luego entrar en el camino de entrada y estacionarlo durante un mes, y luego regrese y todavía espere que tenga una batería utilizable. ... Realmente creo que esto es un cambio de juego en términos del uso de estas baterías ".

Con la mayor vida útil que podría ofrecer este nuevo sistema, el uso de baterías de aluminio-aire podría "extenderse más allá de las aplicaciones de nicho actuales, "dice Hopkins. El equipo ya ha solicitado patentes sobre el proceso.