Investigadores chinos crean una batería acuosa de larga duración y respetuosa con el medio ambiente.

Un electrolito neutro en el núcleo

El diseño se basa en un electrolito de pH neutro compuesto por sales de magnesio y calcio. Esto representa una diferencia con respecto a la química estándar de las baterías acuosas, que a menudo utiliza soluciones fuertemente ácidas o alcalinas. Dichas soluciones corroen los electrodos y se degradan con el tiempo. El enfoque neutro evita ambos problemas. El electrolito tiene un pH de 7, similar al del agua pura.

El principal desafío residía en combinar el electrolito con el material de electrodo adecuado. El equipo desarrolló un electrodo de polímero orgánico covalente diseñado para albergar iones de magnesio y calcio. Este polímero presenta una estructura molecular rígida, similar a un panal de abejas, que estabiliza el compuesto activo frente a la degradación en medios acuosos. En las pruebas, la celda ofreció una capacidad específica de 112.8 miliamperios-hora por gramo.

Afirmaciones sobre la longevidad y su significado

Los investigadores sostienen que, con ciclos de carga y descarga diarios, la vida útil de la batería podría extenderse durante siglos. Live Science informó que esta cifra se extendería hasta el siglo XXIV. Sin embargo, es importante contextualizarla. Los ciclos de carga y descarga en laboratorio no siempre se corresponden directamente con las condiciones reales. Las variaciones de temperatura, las fluctuaciones de carga y el estrés físico en las instalaciones de campo introducen variables que las pruebas de laboratorio no reproducen por completo.

La cifra de 120 000 ciclos es, por sí sola, un resultado notable. La mayoría de las baterías de iones de litio comerciales se degradan significativamente tras entre 2,000 y 4,000 ciclos. Incluso las celdas de fosfato de hierro y litio, destinadas a la red eléctrica, suelen operar entre 3,000 y 6,000 ciclos antes de experimentar una pérdida de capacidad significativa. La diferencia entre estas cifras y los 120 000 ciclos es considerable. Aún no se ha publicado una verificación independiente de este resultado.

La afirmación sobre la eliminación de baterías también merece atención. Los autores describen la química del electrolito como lo suficientemente segura para su desecho directo al medio ambiente. Esta es una afirmación contundente. Los marcos regulatorios del Reino Unido, Estados Unidos y la Unión Europea establecen límites estrictos para la eliminación de baterías. Para determinar si esta química cumple con dichos límites en la práctica, se requerirían pruebas ambientales independientes.

Donde las baterías acuosas han tenido dificultades

Las baterías acuosas han despertado un interés constante entre los desarrolladores de sistemas de almacenamiento de energía para la red eléctrica. No son inflamables. Su fabricación puede ser más económica que la de los sistemas de iones de litio. Los electrolitos a base de agua son fáciles de conseguir y manipular.

Sin embargo, las desventajas han sido reales. La densidad energética en los sistemas acuosos es menor que en las alternativas de iones de litio. La corrosión de los electrodos ha acortado la vida útil en muchos diseños. La literatura especializada publicada en Energy Storage Materials ha documentado estas limitaciones en detalle. Estas limitaciones han restringido su adopción comercial, incluso a medida que crece la demanda de almacenamiento en la red eléctrica.

El nuevo diseño busca minimizar esas desventajas. El electrolito neutro aborda directamente la corrosión, mientras que el electrodo de polímero combate la degradación. El artículo publicado aún no responde si esta combinación se mantiene a gran escala, en distintos rangos de temperatura y en entornos de red reales.

Demanda de almacenamiento en la red eléctrica y contexto más amplio

El almacenamiento de energía en baterías a gran escala se ha convertido en una prioridad en la planificación de energías limpias. La Agencia Internacional de Energía ha señalado repetidamente que la capacidad de almacenamiento es una limitación crucial para la integración de energías renovables. La generación eólica y solar es intermitente, y el almacenamiento mitiga esa intermitencia. Si bien las baterías de iones de litio predominan en las instalaciones actuales, las preocupaciones sobre la cadena de suministro, los costos de las materias primas y el riesgo de incendio han mantenido vivo el interés por las alternativas.

Los sistemas acuosos, las baterías de flujo y el almacenamiento de aire comprimido han atraído inversiones e investigación. Cada uno presenta diferentes perfiles de costo y rendimiento. Una batería que ofrezca una vida útil muy prolongada con bajo riesgo ambiental resolvería dos de las preocupaciones comerciales más persistentes del sector.

El trabajo del equipo chino se encuentra en una fase inicial. La publicación en Nature Communications indica que la metodología ha superado el escrutinio de expertos, pero no confirma su viabilidad comercial.

Que viene despues

La ampliación a escala industrial es la siguiente prueba. Las celdas de laboratorio y las instalaciones a escala de red presentan enormes diferencias en cuanto a complejidad de ingeniería. El electrodo de polímero orgánico covalente tendría que fabricarse en grandes cantidades. El coste por kilovatio-hora a escala industrial se desconoce según el presente estudio.

Los investigadores no han anunciado ningún socio comercial ni un proyecto piloto. En la documentación publicada no se indica ningún cronograma para su implementación. Los resultados son lo suficientemente fiables como para tenerlos en cuenta, pero es demasiado pronto para considerarlos un problema resuelto.