Batería de aluminio-azufre barata para almacenar energía solar y eólica
A medida que aumenta en el mundo la presencia de centrales eléctricas de energía solar y eólica, crece la necesidad de contar con sistemas de almacenamiento de energía excedente que sean baratos, eficientes y de gran capacidad. Disponiendo de baterías capaces de hacer este trabajo, se podrá mantener el suministro eléctrico solar y eólico incluso de noche y cuando no sopla el viento.
Los tres componentes principales de la pila son el aluminio (izquierda), el azufre (centro) y la sal que se fundirá (derecha). / Rebecca Miller. CC BY-NC-ND 3.0
Las baterías de iones de litio actuales siguen siendo demasiado caras para la mayor parte de estos casos. Otras opciones, como bombear agua hacia un sitio elevado para que luego, al soltarla poco a poco, alimente una turbina hidroeléctrica, requieren una topografía específica que no siempre está disponible.
Ahora, el equipo internacional de Donald Sadoway, profesor del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) en Estados Unidos, ha desarrollado un nuevo tipo de batería, fabricada íntegramente con materiales abundantes y baratos, que podría ayudar a llenar ese vacío.
La nueva batería utiliza aluminio para uno de los electrodos y azufre para el otro. Como electrolito entre ambos electrodos, emplea una sal fundida.
El aluminio es el metal más abundante en la Tierra. En cuanto al azufre, es más barato que muchos otros candidatos en los que pensó el equipo de investigación. Por todo ello, estos elementos químicos no solo son compatibles para trabajar cada uno en un electrodo de la misma batería, sino que además constituyen la opción más económica.
Además de ser caras, las baterías de iones de litio contienen un electrolito inflamable.
Para el electrolito entre ambos electrodos, Sadoway y sus colegas tenían claro que no querían utilizar líquidos orgánicos volátiles e inflamables como los que a veces han provocado peligrosos incendios en automóviles y en otros aparatos alimentados por baterías de iones de litio.
Acabaron escogiendo una sal fundida, que se derrite a una temperatura relativamente baja, cercana a la de la ebullición del agua, una opción mucho mejor que otras sales que se funden a temperaturas de cientos de grados centígrados.
Los tres ingredientes son, en definitiva, baratos y fáciles de encontrar en el mercado. El aluminio, el mismo del papel que compramos en el supermercado para envolver bocadillos; el azufre, que suele ser un producto de desecho de procesos como el refinado del petróleo; y sales abundantes y fáciles de adquirir. Y además de barato, el conjunto es seguro; no puede incendiarse, a diferencia de los componentes de otras baterías, tal como enfatiza Sadoway.
En sus experimentos, el equipo demostró que las celdas de la batería podían soportar cientos de ciclos a velocidades de carga excepcionalmente altas, con un coste por celda previsto de aproximadamente una sexta parte del de las celdas de iones de litio comparables. Demostraron que la velocidad de carga dependía en gran medida de la temperatura de trabajo, con 110 grados centígrados mostrando velocidades 25 veces más rápidas que una temperatura de 25 grados centígrados.
Una ventaja adicional de la sal fundida que el equipo eligió como electrolito es que resuelve uno de los mayores problemas en la fiabilidad de las baterías: la formación de dendritas. Estas son picos estrechos de metal que se acumulan en un electrodo y acaban creciendo hasta entrar en contacto con el otro electrodo, provocando un cortocircuito y haciendo finalmente que la batería deje de funcionar. Esta sal retira las dendritas y permite una recarga muy rápida y sin problemas. Sadoway y sus colegas hicieron experimentos con velocidades de recarga muy elevadas, que permitían una recarga completa en menos de 1 minuto, y nunca se toparon con una avería.
El equipo de Sadoway expone los detalles técnicos de su nueva clase de baterías en la revista académica Nature, bajo el título “Fast-charging aluminium-chalcogen batteries resistant to dendritic shorting”.
