23-mar-2023 (Noticias de Nanowerk) Las baterías de iones de litio son omnipresentes hoy en día, desde automóviles eléctricos hasta teléfonos inteligentes. Pero eso no significa que sean la mejor solución para todas las áreas de aplicación. TU Wien ahora ha logrado desarrollar una batería de iones de oxígeno que tiene algunas ventajas importantes. Aunque no permite densidades de energía tan altas como la batería de iones de litio, su capacidad de almacenamiento no disminuye irrevocablemente con el tiempo: se puede regenerar y, por lo tanto, puede permitir una vida útil extremadamente larga. Además, las baterías de iones de oxígeno se pueden producir sin elementos raros y están hechas de materiales incombustibles. Ya se ha presentado una solicitud de patente para la nueva idea de batería junto con socios de cooperación de España. La batería de iones de oxígeno podría ser una excelente solución para grandes sistemas de almacenamiento de energía, por ejemplo, para almacenar energía eléctrica de fuentes renovables. La investigación ha sido publicada en Materiales energéticos avanzados, (“Baterías recargables de iones de óxido basadas en electrodos de óxido de conducción mixta”). Un prototipo de la batería. (Imagen: Universidad Técnica de Viena)

Los materiales cerámicos como nueva solución

"Hemos tenido mucha experiencia con materiales cerámicos que pueden usarse para celdas de combustible durante bastante tiempo", dice Alexander Schmid del Instituto de Tecnologías Químicas y Análisis de TU Wien. “Eso nos dio la idea de investigar si esos materiales también podrían ser adecuados para fabricar una batería”. Los materiales cerámicos que estudió el equipo de TU Wien pueden absorber y liberar iones de oxígeno con doble carga negativa. Cuando se aplica un voltaje eléctrico, los iones de oxígeno migran de un material cerámico a otro, después de lo cual pueden volver a migrar, generando así corriente eléctrica. "El principio básico es muy similar al de la batería de iones de litio", dice el profesor Jürgen Fleig. “Pero nuestros materiales tienen algunas ventajas importantes”. La cerámica no es inflamable, por lo que los accidentes por incendio, que ocurren una y otra vez con las baterías de iones de litio, están prácticamente descartados. Además, no hay necesidad de elementos raros, que son caros o solo se pueden extraer de forma perjudicial para el medio ambiente. “En este sentido, el uso de materiales cerámicos es una gran ventaja porque se pueden adaptar muy bien”, dice Tobias Huber. “Puedes reemplazar ciertos elementos que son difíciles de obtener por otros con relativa facilidad”. El prototipo de la batería todavía usa lantano, un elemento que no es exactamente raro pero tampoco completamente común. Pero incluso el lantano debe ser reemplazado por algo más barato, y ya se está investigando al respecto. El cobalto o el níquel, que se utilizan en muchas baterías, no se utilizan en absoluto.

Alta vida útil

Pero quizás la ventaja más importante de la nueva tecnología de baterías es su longevidad potencial: “En muchas baterías, tienes el problema de que en algún momento los portadores de carga ya no pueden moverse”, dice Alexander Schmid. “Entonces ya no se pueden usar para generar electricidad, la capacidad de la batería disminuye. Después de muchos ciclos de carga, eso puede convertirse en un problema grave”. La batería de iones de oxígeno, sin embargo, se puede regenerar sin ningún problema: si se pierde oxígeno debido a reacciones secundarias, entonces la pérdida se puede compensar simplemente con oxígeno del aire ambiente. El nuevo concepto de batería no está diseñado para teléfonos inteligentes o automóviles eléctricos, ya que la batería de iones de oxígeno solo alcanza aproximadamente un tercio de la densidad de energía a la que uno está acostumbrado con las baterías de iones de litio y funciona a temperaturas entre 200 y 400 °C. La tecnología es, sin embargo, extremadamente interesante para almacenar energía. “Si necesita una gran unidad de almacenamiento de energía para almacenar temporalmente energía solar o eólica, por ejemplo, la batería de iones de oxígeno podría ser una excelente solución”, dice Alexander Schmid. “Si construye un edificio completo lleno de módulos de almacenamiento de energía, la menor densidad de energía y la mayor temperatura de funcionamiento no juegan un papel decisivo. Pero las fortalezas de nuestra batería serían particularmente importantes allí: la larga vida útil, la posibilidad de producir grandes cantidades de estos materiales sin elementos raros y el hecho de que no hay riesgo de incendio con estas baterías”.

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• Fuente: https://www.nanowerk.com/news2/green/newsid=62654.php