20/May/09

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Baterías que respiran podrían almacenar 10 veces más energía

El nuevo diseño es como una célula híbrida de batería y combustible, usa los reactivos de afuera del sistema, mientras que como cualquier batería también tiene reactivos internos

Las baterías de iones de litio usadas en computadoras portátiles y teléfonos celulares, y señaladas para un futuro uso en autos eléctricos, se están acercando a sus límites tecnológicos. Sin embargo, unos químicos en el Reino Unido dicen que hay una manera de romper la cercana barrera de capacidad de energía: permitir que las baterías "respiren" oxígeno del aire.

Un primitivo modelo de demostración
de la celda de aire St Andrews.
El aire entra y sale a través de la membrana
circular porosa en el centro.

Una batería de iones de litio estándar contiene un electrodo negativo de grafito, un electrodo positivo de óxido de cobalto-litio, y un electrolito de litio que contiene sales. Los iones de litio van y vienen entre los dos electrodos durante la carga y la descarga, enviando electrones alrededor del circuito externo para proporcionar energía a un artefacto en el proceso.

"El problema con ese diseño es que el óxido de cobalto-litio es voluminoso y pesado", dice Peter Bruce de la universidad de St Andrews. "La mayor barrera para incrementar la densidad de la energía de estas baterías es el electrodo positivo", dice. "Todos quieren encontrar una manera de aumentar la cantidad de litio almacenada ahí, que elevaría la capacidad".

Respiración de aire fresco

La respuesta, cree, es pedir prestada una idea de las baterías de zinc usadas en audífonos, que respiran y que obtienen la energía haciendo reaccionar el zinc con el oxígeno del aire. De modo que, trabajando con sus colegas en las Universidades de Strathclyde y Newcastle, Bruce ha empezado a diseñar una batería de litio que respira aire.

La nueva batería tiene una densidad de energía más alta que las baterías de iones de litio existentes, porque ya no contiene el denso óxido de cobalto-litio. En cambio, el electrodo positivo está hecho con carbono poroso liviano, y los iones de litio están almacenados en el electrolito que inunda el material esponjoso.

Cuando la batería está descargada, el oxígeno del aire inunda a través de la membrana hacia el carbono poroso, donde reacciona con los iones de litio en el electrolito y los electrones del circuito externo para formar un óxido de litio sólido.

Proceso reversible

El óxido de litio sólido llena gradualmente los poros dentro del electrodo de carbono a medida que la batería se descarga. Pero cuando la batería está recargada, el óxido de litio se descompone otra vez, liberando de nuevo iones de litio y liberando los poros del carbono. El oxígeno es devuelto a la atmósfera.

La mayoría de las baterías tienen todos los productos químicos que necesitan desde el comienzo. "En cambio, al usar oxígeno del ambiente se ahorra peso y volumen, porque no hay que llevar los reactivos dentro de la batería; sólo se necesita el andamio de carbono", dice Bruce.

"El nuevo diseño es como una célula híbrida de batería y combustible", dice Bruce. Como una célula de combustible usa los reactivos de afuera del sistema, mientras que como una batería también tiene reactivos internos.

Mayor poder

El dispositivo prototipo del equipo tiene una proporción de capacidad/peso de 4000 miliampere/hora por gramo; ocho veces más que una batería de teléfono celular. Incluso es posible una mejora de 10 veces, pero hacer pequeños cambios de diseño en las baterías convencionales de iones de litio probablemente sólo ofrecerá el doble de capacidad, calcula Bruce.

El químico Saiful Islam investiga baterías en la universidad de Bath, y no está involucrado en el nuevo diseño. "Entiendo que la batería de litio que respira tiene efectivamente el potencial para entregar de 8 a 10 veces la densidad de energía", dijo a New Scientist.

Sin embargo, todavía se necesita trabajo para comprender completamente los procesos que tienen lugar en la nueva batería, añade. Debería ayudar a optimizar la tecnología para poder hacer un producto viable comercialmente.

Bruce y sus colegas están trabajando ahora para transformar su versión de prueba en una pequeña batería activa, como las usadas en dispositivos electrónicos móviles. "Pero la tecnología podía ser así de importante para los vehículos eléctricos e híbridos en el futuro", señala Bruce.

Fuente: New Scientist. Aportado por Graciela Lorenzo Tillard