Tras varios años de investigación, un grupo internacional de científicos logró desarrollar las primeras baterías de agua de iones metálicos que son menos tóxicas para el medio ambiente y la salud humana, además de reducir el riesgo de explosiones e incendios.
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El equipo de investigadores, coordinado por la Universidad RMIT (Melbourne, Australia), utilizó agua para reemplazar los electrolitos orgánicos, que permiten el flujo de corriente eléctrica entre las terminales positivo y negativo, lo que significa que sus baterías no pueden provocar un incendio ni explotar, a diferencia de las pilas de iones de litio, que son las que comúnmente se usan para cualquier dispositivo electrónico.
Las baterías a base de agua se elaboraron con magnesio o zinc ya que son materiales que se encuentran fácilmente en la naturaleza, son más baratos y menos tóxicos que los elementos utilizados en las pilas tradicionales, mencionó el líder de la investigación, el científico Tianyi Ma, un referente mundial en el campo de las energías renovables.
Gracias a la accesibilidad de sus elementos y la simplicidad de los procesos de fabricación de las baterías de agua permitieron que su producción fuera factible, agregó Tianyi Ma.
Las baterías comunes de iones de litio o de plomo-ácido están compuestas por tres elementos claves: un cátodo, un ánodo y un electrolito, este último componente es una solución química líquida que una vez insertada en la batería no se puede recuperar fácilmente.
Ahora el mercado está dominado por las pilas de iones de litio, pero siempre han representado un riesgo a la seguridad por la volatilidad de sus componentes que las vuelve propensas a que se incendien o exploten.
Las baterías de agua reducen significativamente el problema por su composición, además se comprobó que mejora el rendimiento y vida útil de los artículos electrónicos que la usan.
"Al abordar los desafíos de eliminación (de las pilas de litio) al final de su vida útil que enfrentan los consumidores, la industria y los gobiernos en todo el mundo con la tecnología actual de almacenamiento de energía, nuestras baterías se pueden desmontar de manera segura y los materiales se pueden reutilizar o reciclar", comentó el científico en un comunicado de la universidad australiana.
Tianyi Ma dijo que su batería funciona de manera comparable a las baterías de plomo-ácido actuales, pero puede reciclarse fácilmente sin el riesgo de contaminación química o la necesidad de equipos especializados.
Ma es un científico y líder mundial en el campo de las energías renovables, con trabajos pioneros realizados en áreas de materiales fotocatalíticos, electrocatalíticos, termocatalíticos y piezocatalíticos funcionales para la recolección y utilización de energía solar, mecánica y térmica renovable, así como la captura, utilización y almacenamiento de carbono.
La investigación contó con la participación de colaboradores científicos y expertos de Australia, Estados Unidos, Reino Unido, Japón, Singapur, China y otros países, y como parte del estudio se creó una serie de baterías de prueba a pequeña escala para evaluar los desafíos tecnológicos, incluido el aumento de la capacidad de almacenamiento de energía y su vida útil.
“Nuestras baterías ahora duran mucho más, comparable a las baterías de iones de litio comerciales del mercado, lo que las hace ideales para uso intensivo y de alta velocidad en aplicaciones del mundo real”, mencionó el investigador.
"Con una capacidad impresionante y una vida útil prolongada, no solo hemos avanzado en tecnología de baterías, sino que también hemos integrado con éxito nuestro diseño con paneles solares, mostrando un almacenamiento de energía renovable eficiente y estable", agregó.
La batería de agua del equipo está acortando distancias con la tecnología de iones de litio en términos de densidad de energía, con el objetivo de utilizar el menor espacio posible por unidad de energía.
"Recientemente fabricamos una batería de agua de iones de magnesio que tiene una densidad de energía de 75 vatios-hora por kilogramo, hasta un 30 por ciento de la de las últimas baterías de automóviles Tesla", comentó Tianyi Ma.
"El siguiente paso es aumentar la densidad de energía de nuestras baterías de agua mediante el desarrollo de nuevos nanomateriales como materiales para los electrodos".
Ma dijo que es probable que el magnesio sea el material elegido para las futuras baterías de agua.
"Las baterías de agua de iones de magnesio tienen el potencial de reemplazar las baterías de plomo-ácido en el corto plazo, entre uno y tres años, y potencialmente reemplazar las baterías de iones de litio en el largo plazo, dentro de 5 a 10 años".
"El magnesio es más liviano que los metales alternativos, incluidos el zinc y el níquel, tiene una mayor densidad de energía potencial y permitirá que las baterías tengan tiempos de carga más rápidos y una mejor capacidad para soportar dispositivos y aplicaciones que consumen mucha energía".
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El científico dijo que las baterías de base acuosa eran muy adecuadas para aplicaciones a gran escala, lo que las hacía ideales para el almacenamiento en red y la integración de energía renovable, especialmente en términos de consideraciones de seguridad.
"A medida que nuestra tecnología avance, otros tipos de aplicaciones de almacenamiento de energía a menor escala, como alimentar los hogares y los dispositivos de entretenimiento de las personas, podrían convertirse en una realidad", finalizó.
