El almacenamiento de energía es uno de los campos en los que más se está investigando. Su influencia en productos electrónicos de todo tipo, tanto de consumo como a nivel empresarial e industrial, ha llegado a ser tan relevante que ha alcanzado el cariz de prioridad. La cuestión está por encima de la corta duración de las baterías en los smartphones (y por ende en tabletas, ordenadores portátiles y otros dispositivos relacionados).
Sectores como el de la automoción tienen en el almacenamiento de energía una vía para innovar, sin embargo, y aunque no sirva como excusa para el estancamiento del coche eléctrico, la corta duración de las baterías supone un freno para la adopción de estos vehículos. Si a esto se le suma la escasez de áreas de repostaje especializadas tenemos como consecuencia un parón.
De ahí que sea determinante descubrir nuevos métodos para que las baterías almacenen más energía de la que son capaces en la actualidad. Una investigación conjunta entre el Empa (los Laboratorios Federales Suizos para Materiales Científicos y Tecnología) y el ETH (el Instituto de Tecnología Federal Suizo) ha creado nanocristales de estaño que pueden alargar la duración de los dispositivos actuales, basados en ion litio.
El nanomaterial que ha salido del laboratorio consiste en diminutos cristales de estaño, que se sitúan en el ánodo de la batería. Este electrodo es el que absorbe los iones de litio en el proceso de carga. Al descargarse los iones de litio se liberan. A mayor cantidad de iones absorbidos, mayor será la capacidad de almacenamiento.
La virtud está en el estaño
La clave de este desarrollo, por tanto, está en la capacidad de absorción que tiene la batería en su ánodo. El estaño es el elemento que marca la diferencia con respecto a otros modelos. Los átomos de este material pueden absorber al menos cuatro iones de litio.
Uno de los problemas que se han encontrado los científicos para llevar a cabo estas baterías es el cambio de volumen del estaño. Al absorber muchos iones se hincha y puede llegar a aumentar en tres veces su tamaño, reduciéndose cuando los libera. Para afrontar este reto los investigadores introdujeron los nanocristales en una base de carbono permeable. El resultado de la mezcla actúa como una esponja, que se empapa y aumenta su carga, pero sin que su volumen se vea afectado en proporciones destacables.
“Esto permite el doble de la energía que se almacena en comparación con los electrodos convencionales”, señala Maksym Kovalenko, director de la investigación en el Laboratorio. El equipo de científicos es el primero que ha producido estos cristales de estaño de un tamaño diminuto con la gran precisión con que lo han hecho.
Mejoras necesarias
Hay varios elementos que los científicos tienen que optimizar de estas baterías. Han dado con una fórmula efectiva para almacenar más energía de lo habitual, encontrando el tamaño apropiado para el rendimiento de los nanocristales, pero hay otras áreas susceptibles de mejora. Deben estudiar más cuidadosamente la base de carbono sobre la que se asienta el estaño, crucial para manejar el volumen de la batería.
El electrolito, la sustancia que contiene ambos electrodos de la batería, también es merecedor de atención para que el proceso pueda ser optimizado en su conjunto. De esta forma, los científicos de Zúrich serán capaces de aportar a la industria una de las soluciones necesarias que llevan tiempo buscándose.
No son los únicos que han hecho progresos en este sentido. La startup Ambri ha dedicado sus esfuerzos al almacenamiento a gran escala. Su método consiste en licuar los componentes de la batería, electrolito y electrodos. Por ahora este tipo de dispositivos tienen un uso experimental, aunque la compañía prevé venderlos a empresas energéticas o a organizaciones públicas que gestionen grandes volúmenes.
Imagen: Argonne National Laboratory
