Equips del CSIC dissenyen una nova arquitectura de bateries que augmenta la seva potència fins a un 80 %

Investigadors de l’Institut de Ciència de Materials de Barcelona (ICMAB-CSIC) han desenvolupat al campus de la UAB de Cerdanyola una nova arquitectura per a bateries de zinc-aire capaç d’augmentar-ne la potència fins a un 80 % sense modificar la química principal del dispositiu. La tecnologia desenvolupada redueix la pèrdua energètica i millora notablement el rendiment de les bateries de zinc-aire, una alternativa prometedora d’emmagatzematge per a les renovables

L’estratègia consisteix a incorporar elements conductors a l’interior de la bateria, on actuen com a elèctrodes bipolars sense fils que faciliten el transport de càrrega i redueixen la resistència interna. La investigació trenca el paradigma actual del disseny de bateries i obre la porta a una nova forma de fabricación.

L’avenç planteja una nova manera de dissenyar sistemes d’emmagatzematge energètic més eficients i d’alt rendiment. Aquesta investigació, publicada a la revista Energy Storage Materials, s’ha dut a terme en col·laboració amb investigadors de l’Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia (ICN2) i amb la Universitat Nacional de La Plata (Argentina). Aquest article, juntament amb altres treballs previs del grup, transforma completament la concepció que es tenia fins ara del disseny de bateries.

Una idea que desafia les regles tradicionals

Des de l’ICAMB indiquen que, “explicat de manera senzilla”, una bateria emmagatzema energia gràcies a la diferència energètica entre els dos materials que formen cadascun dels dos elèctrodes. L’electricitat es produeix mentre les càrregues es desplacen d’un material a l’altre a través d’un tercer material intermedi, l’electròlit, que permet el moviment d’àtoms o molècules amb càrrega elèctrica, coneguts com a ions. Però, i això, subratllen, “és molt important”, l’electròlit mai no ha estat dissenyat per transportar càrrega elèctrica en forma d’electrons. Aquesta idea, “acceptada des de fa dècades, és la que el nou treball posa en qüestió”.

Així, apunten els investigadors, durant dècades s’ha assumit que aquest electròlit havia de transportar ions sense contenir materials conductors, ja que, en teoria, qualsevol material capaç de transportar electrons podria provocar un curtcircuit i fer que la bateria deixés de funcionar. Per prioritzar la seguretat, tots els dissenys de bateries es basen en el principi que els electròlits no continguin materials conductors.

Ara, l’equip liderat per Nieves Casañ-Pastor ha demostrat que, en determinades condicions, introduir petites peces metàl·liques conductores no connectades al circuit extern pot generar un efecte beneficiós.

Quan la bateria està funcionant, es crea un camp elèctric entre els seus dos elèctrodes. Els investigadors van descobrir que, si s’hi introdueix una o diverses petites peces conductores sense connectar-les, aquestes no provoquen un curtcircuit.

Al contrari, el camp elèctric fa que un extrem de la peça acumuli càrrega positiva i l’altre, càrrega negativa; un fenomen conegut com a polarització. Aquesta polarització crea noves rutes per al transport de càrrega dins de la bateria i facilita les reaccions electroquímiques que generen electricitat. El resultat és una menor resistència interna i una bateria capaç de subministrar energia més ràpidament.

Per a Casañ-Pastor, el principal valor del treball va més enllà de la bateria estudiada. «Això no és la solució definitiva, sinó una porta que hem obert» per millorar diferents paràmetres del rendiment d’una bateria, afirma. El grup ja ha observat efectes similars en altres tecnologies d’emmagatzematge i continuarà explorant noves aplicacions d’aquesta arquitectura basada en elèctrodes bipolars sense fils.