3 innovaciones en baterías que darán energía a nuestro futuro

Estas soluciones de próxima generación brindarán energía más segura, más estable y más duradera para todo, desde las redes de energía hasta los teléfonos en nuestros bolsillos.

Sin ofender a ninguna mascota de conejito rosa, golpeando un tambor para demostrar cuán duradero es su producto, pero la mayoría de las baterías en las que todos están interesados ​​en estos días no se pueden comprar en un supermercado.

En cambio, la atención se centra en las baterías que alimentan nuestros teléfonos, computadoras, vehículos eléctricos y redes eléctricas, todos los cuales han experimentado cambios de diseño y tecnológicos masivos en los últimos años. También se introducirán más cambios en nuestra vida diaria, ya que los sectores empresarial y gubernamental están señalando ambiciosos objetivos basados ​​en baterías en el futuro inmediato. La campaña presidencial de Biden prometió «aprovechar los avances que hemos logrado en el almacenamiento de energía durante la última década» al modificar la red de energía, y General Motors anunció planes para vender solo vehículos de cero emisiones para 2035 .

Todas estas baterías deben ser recargables y, en este momento, el claro favorito en el campo son los diseños basados ​​en iones de litio. Pero estas baterías pueden ser peligrosas, y mientras los ingenieros buscan alternativas cada vez más pequeñas, seguras, livianas y de carga más rápida, no hay garantía de que las opciones de litio dominarán los dispositivos para siempre. A continuación se muestran tres de las formas en que las baterías pueden ganar popularidad y atraer a los clientes de una manera que nunca antes lo habían hecho.

Un auge de la batería en la red

Las fuentes de energía renovable, como la eólica y la solar, son intermitentes: la tecnología solo produce energía cuando sopla el viento y brilla el sol. Las baterías resuelven este problema al mantener la energía después de que se genera para asegurarse de que las personas puedan encender sus luces incluso cuando las energías renovables no están funcionando. Y a medida que la energía solar y eólica bajan de precio, los proyectos de almacenamiento de baterías a gran escala conectados a la red también se están volviendo más comunes.

En el tercer trimestre de 2019, se implementó un 93 por ciento más de almacenamiento en los EE. UU. En comparación con el mismo período de tiempo del año anterior, según un informe del Laboratorio Nacional de Energía Renovable de 2020. Algunos programas estatales están impulsando explícitamente el aumento de la batería: Nueva York aprobó legislación en 2019 para alcanzar el 70 por ciento de uso de energía renovable y 3.000 MW de almacenamiento de energía para 2030.

En teoría, estas baterías podrían cubrir las necesidades energéticas diarias y satisfacer los grandes picos de demanda que los operadores de la red saben que esperan cada año. Los calurosos días de verano, y el aire acondicionado que los residentes suben, exigen tanta energía adicional que algunas plantas de energía existen solo para funcionar durante esos períodos. Las baterías podrían algún día reemplazar también a estos generadores de alta demanda .

Baterías de estado sólido

Las baterías predeterminadas en teléfonos, computadoras, automóviles eléctricos, equipos hospitalarios y más contienen iones de litio en electrolito líquido, la sustancia a través de la cual se mueve el litio cuando fluye de un extremo de la batería al otro. Pero las reacciones entre los iones y el propio líquido generan calor y algunos electrolitos líquidos son inflamables. “El sobrecalentamiento, la sobrecarga y el abuso físico” pueden provocar que los componentes internos de la batería se descompongan y reaccionen químicamente, como explica un equipo de investigadores del Reino Unido, China y Estados Unidos . Las reacciones generan calor, que impulsa más reacciones, lo que crea más calor; si no se detiene, el proceso puede hacer explotar la batería y provocar un incendio. Las plantas de reciclaje se enfrentan regularmente a la amenaza de incendios provocados por baterías, ya que las personas a menudo arrojan incorrectamente sus aparatos electrónicos viejos en contenedores de recolección en la acera.

Obviamente, lo ideal sería evitar las baterías que estallan en llamas. Una solución de diseño que los ingenieros están buscando es reemplazar el electrolito líquido con un sólido, que aún dividiría los dos extremos de la batería pero haría que toda la estructura sea más resistente al daño físico. Idealmente, los electrolitos sólidos también harían que las baterías fueran más baratas, duraderas y de carga más rápida, y las compañías automotrices desde Toyota hasta Ford están investigando la tecnología . Pero incluso los fabricantes de automóviles reconocen que estas baterías están muy lejos y, como han señalado algunos equipos de investigación , los componentes de repuesto que han diseñado algunos ingenieros siguen siendo inflamables.

Eliminando el litio por zinc

Otra mejora de seguridad para las baterías de iones de litio podría ser sacar el metal blando y plateado y reemplazarlo con zinc. El mineral ya se encuentra dentro de las baterías para audífonos y otros dispositivos de bajo consumo, pero si los ingenieros hacen que las tecnologías de zinc sean recargables, la opción podría competir con el litio. El zinc no solo es más barato y seguro de manejar que el litio, las baterías de zinc tienen un mejor potencial para diseños más compactos y livianos.

Tradicionalmente, las baterías a base de zinc absorben oxígeno del aire exterior en el extremo cargado positivamente, lo que desencadena una reacción química. Luego, la molécula migra al extremo recubierto de zinc de la batería, donde se une al material y se divide , liberando electrones para el dispositivo en cuestión. Normalmente, este proceso no es reversible y, por lo tanto, recargable, pero los investigadores han resuelto ese problema cambiando los electrolitos e incluso eliminando las gruesas láminas de zinc en un extremo por completo.

Los avances en el diseño de zinc han sido lo suficientemente significativos como para que la Comisión de Energía de California haya comenzado a investigar la tecnología , mientras que una empresa de almacenamiento de energía a base de zinc firmó un contrato con la Autoridad de Energía de Nueva York en 2020 para una instalación de demostración.