que todas las baterías están fabricadas con materiales sólidos? Por: Dr. Alberto Beltrán Morales Instituto de Investigaciones en Materiales, Unidad Morelia.     En la actualidad, es impensable llevar a cabo gran parte de nuestras actividades diarias sin el uso de dispositivos móviles como los celulares, computadoras personales y portátiles (laptops). Es común la angustia cuando la batería de dichos dispositivos da señales de requerir recarga y rápidamente buscamos una conexión eléctrica. Lo anterior, nos recuerda lo fundamental que resulta el almacenamiento de energía eléctrica y es tal vez la batería la forma más común para lograrlo. En general, toda batería en su interior está compuesta por un ánodo, un cátodo y un electrolito (que separa los dos primeros). Desde el desarrollo de las baterías por Alessandro Volta en 1800 (fuertemente influenciado por Luigi Galvani), las baterías han evolucionado para convertirse no solamente en la tecnología de respaldo eléctrico de dispositivos electrónicos caseros, sino también de los industriales. Las tradicionales baterías de ácido-plomo (aún comunes en los vehículos) han sido desplazadas por la de iones de litio (ion-Litio), desarrolladas a nivel industrial a principios de los años 90s. Estas últimas, son las de uso común en celulares, laptops e industria aeroespacial. También existen baterías de Níquel-Cadmio (Ni-Cd) y de hidruro de metal-Níquel (Ni-MH), algunas de ellas capaces de ser recargadas y se utilizan en equipos que requieren mayor potencia, como en la industria automotriz, para el desarrollo de los cada vez más populares vehículos eléctricos.

Figura 1. Representación del proceso de carga (izquierda) y descarga (derecha) para una BML.

 

Recientemente, la escasez, el elevado costo de materiales y la contaminación del medio ambiente (ocasionado tanto por el desecho de las baterías, como por las minas a cielo abierto de donde se extraen los materiales de fabricación), ha motivado la búsqueda y desarrollo de nuevas tecnologías para almacenar energía eléctrica de forma más eficiente y barata. En 2012 un grupo de investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts reportó el desarrollo de una batería de metal líquido (BML), compuesta por Antimonio (Sb) depositado en el fondo de un contenedor cilíndrico, un electrolito de sal fundida, y Magnesio (Mg) depositado en la parte superior. Las tres capas estratificadas por diferencia de densidad; es decir, el más denso al fondo y el más ligero en la parte superior; algo similar a lo que ocurre al depositar agua y aceite en un vaso de vidrio, el aceite se queda en el fondo y el agua en la parte superior. En comparación con las baterías de ion-Litio, las BML ofrecen una mayor densidad de energía, es decir, es posible almacenar mayor energía en un mismo volumen; soportan un mayor número de ciclos de carga/descarga (número mayor de veces que puede ser cargada) y al estar en estado líquido, sus componentes se auto ensamblan; es decir, no se requiere conectores externos para mantener en contacto ánodo, cátodo y electrolito y se degradan menos con el uso. Adicionalmente, existen las baterías de flujo (BF) compuestas básicamente de dos tanques que contienen electrolitos a base de Vanadio (V) o Zinc-Bromuro, tienen similares ventajas que las BML y además son fácilmente escalables. Es importante señalar, que tanto las BML como las BF, al estar compuestas de compuestos en estado líquido presentan un menor calentamiento al ser usadas (sabemos cómo se calienta el celular o la laptop después de un uso prolongado). Sin embargo, no pueden ser agitadas ya que las capas liquidas pudieran mezclarse y causar un corto circuito, dañando las baterías. Por lo anterior su uso en dispositivos móviles es limitado; sin embargo, son ideales para aplicaciones estacionarias, por ejemplo, para el almacenamiento en casa de energía eléctrica proveniente de fuentes renovables (eólica y/o fotovoltaica entre otras). Después de todo y al final del día, siempre requerimos conectar nuestros dispositivos a un contacto de corriente eléctrica. Sin lugar a duda, las nuevas tecnologías de almacenamiento de energía eléctrica resuelven en problema de intermitencia de las fuentes de energía; es decir podemos usar la energía almacenada cuando no se tenga radiación solar y/o viento suficiente para la generación de energía por parte de celdas solares y/o aerogeneradores, respectivamente.

Figura 2. Estudio del flujo de fluidos en configuraciones relacionadas a las BML en la Unidad Morelia del IIM-UNAM.