NeoFronteras

Avances en baterías

Área: Medio ambiente,Tecnología — domingo, 15 de octubre de 2017

Se han publicado avances en nuevos tipos de baterías que podrían ayudar a la implantación de energías renovables.

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El ser humano ha alcanzado y superado los límites ecológicos y climáticos del planeta Tierra. El consumo de combustibles fósiles, una natalidad desmedida y un estilo de vida básicamente depredador con nuestro entorno nos está llevando al desastre.

En los últimos años se ha intentado fomentar el uso de energías alternativas, como pueda ser la solar o la eólica. Además se está intentando la electrificación de nuestro estilo de vida para así poder aprovechar estas fuentes de energía.

La realidad es que no puede existir el crecimiento sostenible porque el crecimiento exponencial sobre recursos finitos siempre llevará al desastre. Tampoco es posible la completa electrificación de nuestro estilo de vida porque hay sectores muy dependientes de los combustibles fósiles, como nuestra agricultura, transporte de mercancías o la minería. Tampoco se puede cambiar todo el parque automovilístico de un día para otro y, encima, ello llevaría a un gran consumo de energía.

Pese a todo, cualquier mejora pasa por el uso de energías alternativas. Pero el problema de este tipo de energías es su intermitencia. Para poder aprovecharlas se necesita algún tipo de almacenamiento y lo primero que se le ocurre a cualquiera es el uso de baterías. Pero las baterías actuales son caras o poco efectivas, por lo que se está investigando fuertemente en este campo. Así, por ejemplo, el sistema de almacenamiento de electricidad actual más barato sale un poco por debajo de 100 euros por kilovatio hora.

Las baterías de litio son cada día más efectivas y duraderas, pero no hay tanto litio en la corteza terrestre como para poder electrificar nuestro estilo de vida. Además, en una economía de mercado, el precio de un elemento dependerá de su demanda si su escasez en la corteza terrestre. Así que es de esperar que el precio del litio se incremente o se dispare.

Por esta razón se investiga en baterías que usen otros elementos. Vamos a ver algunos avances realizados recientemente en este tipo de nuevas baterías. Uno de ellos es la batería de aire, que usa el oxígeno atmosférico.

Ciento ochenta investigadores del MIT y otras instituciones han logrado desarrollar recientemente, después de 12 años de investigación, una batería de este tipo a un coste de un quinto de las de tecnología tradicional. Además se puede usar en muchas localizaciones y tiene cero emisiones.

El ánodo está hecho de azufre y una disolución de agua y el cátodo es una disolución salina en contacto con aire atmosférico. El oxígeno del aire produce una descarga de electrones del cátodo al pasar por él y combinarse. La liberación de oxígeno se produce cuando se carga la batería.

No se generan emisiones de dióxido de carbono y el costo de todos los materiales no supera un treintavo del costo de los materiales de las baterías habituales de litio. Además puede ser escalada para grandes instalaciones de tal modo que su costo estaría entre 20 y 30 euros por kilovatio hora.

El azufre es un elemento barato y abundante, por lo que no hay limitaciones en este aspecto. Pero el desafío fue que el cátodo líquido y económico fuera estable en el tiempo.

Ente los posibles candidatos a cátodo estaba el permanganato potásico como, pero el problema era el proceso de reducción que permite la descarga de electricidad, que normalmente es imposible de invertir. Es decir, la batería no se puede recargar. Pero, inesperadamente, ese proceso sí es posible si el oxígeno participa en la reacción. Así fue como estos investigadores dieron con el concepto de una batería de aire que puede almacenar energía durante largos periodos de tiempo a un precio bajo.

A partir de esto lograron desarrollar una batería de flujo en la que el electrolito es bombeado continuamente a través de los electrodos en los procesos de carga y descarga. La batería consiste en un ánodo líquido de polisulfito que contiene iones de litio y sodio y, separado por una membrana, un cátodo de sales disueltas oxigenadas. Como podemos ver, no se libra del todo del litio.

Durante la descarga el anolito libera electrones en el circuito externo y los iones de litio y sodio viajan hacia el cátodo. Para mantener la neutralidad, el catolito se combina con el oxígeno y crea radicales de hidróxido cargados negativamente. Cuando se carga el proceso es el inverso, se donan electrones al anolito través del circuito externo y se libera oxígeno en el cátodo.

De momento el prototipo tiene el tamaño de una taza de café, pero es fácilmente escalable. La densidad de energía de una batería de este tipo es unas 500 veces mayor que un embalse hidroeléctrico, por lo que es mucho más compacto.

Otro grupo distinto de investigadores, en este caso de la Universidad de Stanford, han logrado desarrollar una batería de sodio que puede almacenar la misma cantidad de energía que las baterías de litio comerciales, pero a un coste muy inferior.

Como todos sabemos, las propiedades químicas del litio, sodio o potasio son muy similares por estar en la misma columna de la tabla periódica, pero los iones de sodio son mucho más grandes que los de litio, por lo que las baterías de sodio suelen tener una peor reversibilidad entre carga y descarga y, por tanto, el número de ciclos, es decir la vida útil, de estas batería era muy inferior a las de litio.

Pero el sodio es infinitamente más abundante que el litio, pues la sal común no es más que cloruro sódico (tampoco nadie aclara qué se hace con el cloro en este caso), por lo que se puede obtener fácilmente. El litio cuesta unos 14000 euros la tonelada refinada, mientras que el sodio sale por unos 140 euros.
Esto hace que una batería de sodio sea más o menos un 80% más barata que una de litio para el mismo almacenamiento de energía.

El funcionamiento es el mismo que para el litio, con un ión positivo de sodio cargado que se combina con un ión negativamente cargado. En este caso se usa un compuesto barato para este segundo papel: mio-inositol. Este compuesto es más común de lo que parece, pues está en la leche maternizada y se obtiene del salvado de arroz o como subproducto en el procesado del maíz. El ánodo está compuesto por fósforo.

Los investigadores se han centrado hasta ahora en la efectividad y coste de una batería de este tipo. Además han logrado optimizar la carga y descarga para que el número de ciclos que esta batería aguanta sean muchos. Para ello estudiaron cómo se comportaban los iones de sodio a nivel atómico con el acelerador de partículas SLAC.

Más adelante quieren estudiar la densidad volumétrica de este tipo de batería frente a las de litio. Básicamente quieren saber cómo de grande tiene que ser una batería de sodio para que almacene la misma energía que una de litio.

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Fuentes y referencias:
Artículo original 1.
Fuentes y referencias:
Artículo original 2.
Ilustración: Massachusetts Institute of Technology.

Salvo que se exprese lo contrario esta obra está bajo una licencia Creative Commons.
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11 Comentarios

  1. JavierL:

    Espectacular trabajo… Un excelente sustituto para el litio

  2. Miguel Ángel:

    ¡¡Excelentes resultados!! Ya dicen que falta por ver el peso final que van a tener las baterías, aspecto importante de cara a pensar en instalarlas en coches, bicis o andadores. Pero eso no sería un factor limitante para otros usos como viviendas o fábricas.

  3. Tomás:

    Este es uno de los casos, similar al de las células fotoeléctricas, en los que la esperanza parece fundementada y en vías de consecución.

  4. JavierL:

    Pues no dejo de pensar como seria de útil para los carros…

    Reino Unido: planea prohibir la producción de nuevos autos a gasolina y diesel a 2040

    Francia: Prohibirá esos carros también a 2040. Un plan que cobija también la negación de nuevas licencias de explotación de petróleo y gas.

    Noruega: busca eliminar esos autos a 2025, aunque de manera gradual. Este país tiene el mayor número per cápita de vehículos eléctricos en el mundo.

    Países Bajos: Piensa prohibir los carros no eléctricos a 2025. Tiene el mayor número de estaciones de carga eléctrica del mundo y la segunda mayor concentración de autos eléctricos en Europa. Espera tener 200.000 vehículos eléctricos en circulación en 2020.

    NeoFronteras siempre me arruinó la fiesta con eso que no hay tanto suficiente litio para eso.. Así que de tener baterías de sodio se vería que la apuesta de esos países es correcta…

    Por otro lado deberían mandar esa información a Bolivia… Si siguen sin aprovechar su litio se les va a pasar el tren… Me recuerda un poco lo de Venezuela… Que teniendo tanto petróleo no somos los principales productores… Cuando se Electrifuque todo ¿que haremos con tanto petróleo?

  5. Tomás:

    El petróleo de Venezuela mejor sería emplearlo en componentes de automóvil, por ejemplo. No estoy seguro de que no lo estén extrayendo como quien no quiere la cosa y guardando los dineros para sí, no para el pueblo. No extraerlo parece imposible de creer.

  6. JavierL:

    Amigo tomas en primer lugar disponen del dinero del petróleo sin rendirle cuentas a nadie ahí que poco importa si lo extraen a escondidas o no.. Cada rato se inventan estados de emergencia para jugar el dinero sin el debido proceso y sin registro de uso.

    Te cuento que las razones por las cuales se produce menos petróleo te las expondre pero quizás te parezca aun más imposible que sean tan idiotas de hacer eso

    En el 2002 (creo) los empleados petróleros hicieron huelga contra el gobierno y se negaron a trabajar.. Por lo cual el gobierno despidió a todos, los puso en una lista negra, y les sustituyó por su gente.. Destaco que tanto así como en todas las empresas públicas hay muchisimos militares dirigiendo (y que no tienen idea de que hacer) Y la verdad es muy poco común que los profesionales de las mejores universidades LOGREMOS una oportunidad de trabajar allí (yo también intente) (pese a que han triplicado la nomina de mi a empresa)

    Además las mejores universidades forman casi a todos con un pensamiento diferente del gobierno lo cual no le gusta. Y les declaró la guerra, (por todos los medios economicos y politicos)

    Y sumale que todos los despedidos se fueron del país a empresas petroleras de todos lados (aquí en comida llegaron muchos y dispararon la producción)

    Así que de golpe te quedaste sin gente capacitada.

    Luego viene las concesiones a trasnacionales, (que paso de ser concesiones a empresas mixtas (publico-privada) de inversión conjunta que evito que el gobierno diversificada… Lo digo porque antes nos concentrabamos más en pozos de petróleo ligero y el gobierno apostó muy fuerte por el petróleo pesado… Y aunque los que los sabían trabajar eran empresas gringas, se invirtió en conjunto con chinos, rusos, etc que lo tenían la tecnología ni la experiencia. (tampoco el gobierno por lo primero)

    Resultado muchas inversiones que terminaron no produciendo petróleo.. Mucho dinero del gobierno desaparecido. (nadie sabe ni siquiera si se invirtió o no) Y esas empresas extranjeras abandonaron y se fueron. Y apenas hace dos años el gobierno se metio la lengua en… Y llamó a las empresas gringas a que sacaran petróleo. Pero ahora no se como habrá quedado eso ahora con las sanciones de EEUU

    Y es solo un resumen superficial…

    Lo interesante es que mientras el presidente de “petróleros de Venezuela” se comprometia una y otra vez a aumentar la producción a 5 millones de barriles diarios. Cada vez que no lo lograban salian a decir que no se aumentaba la producción para mantener alto el precio… Y un mes después un nuevo compromiso a subir la producción..

    En ese teatro ahora se produce alrededor de 2 millones (un millón menos que antes de empezar el gobierno).

    Ha habido momentos en los que hemos llegado incluso a IMPORTAR petróleo y gasolina..

    Pero no continuare para no desviar el tema..

    La acotación era por mi comentario anterior y como Bolivia no produce litio y se les puede pasar el tren

  7. Tomás:

    Dirigidos por ladrones estamos, así que las historias, aunque por derroteros diferentes siempre acaban igual: el poderoso -político o capitalista- cada vez mejor; el común, cada vez peor. Ya lo dijeron Marx y Jesucristo.
    Pero la gente no se da cuenta realmente. Si lo entendieran, Maduro no tendría tantos partidarios que apenas pueden comer.

  8. Miguel Ángel:

    Muy bien dicho, querido Tomás. Amiguismo y gentucismo por doquier.
    Ojalá tengas más suerte en adelante, mi amigo JavierL.

  9. JavierL:

    Gracias por tus buenos deseos Miguel.

    Chicos. Continuando con mi 4 es interesante ver que todas las grandes marcas automóviles estan presentando autos eléctricos. Respondiendo a esas legislaciones en los países.

    Ojalá salgan rápido estas baterías.

    Y continuando con el tema de los recursos naturales es increíble la enorme cantidad de ellos en América latina. En el caso del litio está casi todo aqui http://www.lostiempos.com/actualidad/economia/20170426/argentina-chile-aceleran-carrera-del-litio-bolivia

  10. Miguel Ángel:

    Yo voy a pasarme al coche eléctrico, querido JavierL. En España ya dan ayudas de hasta 8.000 euros por comprar uno (dependiendo de la marca y el modelo) y en la Unión Europea tienen intención de gravarles con un IVA reducido de tan solo el 4%.
    El problema es que siguen siendo caros. Puede ser buena idea esperar un par de años porque, como bien indicas, están saliendo y van a sacar modelos mejores.
    Ahora mismo, si te quieres gastar menos de 35.000 euros y quieres un coche que sea capaz de recorrer 200 km sin recargar las baterías y circulando a 120 Km/h por autopista, creo que solo está una de las versiones del Renault Zoe. Los demás que andan por ese precio no llegan a los 200 km de autonomía en las condiciones que he señalado.
    Yo suelo realizar casi siempre el mismo viaje largo (de unos 360 km, todo por autopista) y tendría que ser un coche de no mucho más de 4 metros y medio de largo para que quepa en la cochera. Pero no encuentro modelos que puedan recorrer esa distancia sin recargar por menos de 40.000 euros, y no me quiero gastar tanto. Estimando que los 500 Km de autonomía que prometen cuando saquen el Opel Ampera eléctrico, se puedan convertir en unos 350 circulando a 120 Km/h en autopista, se acercaría ya un poco a lo que busco.

  11. Tomás:

    Todo sea por la sostebinilidad ambiental entre las personas responsables como Miguel Ángel, pues he oído esta mañana por la radio que hemos alcanzado los niveles de CO2 más altos de los últimos 800.000 años -antes de Jesucristo, claro-.

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