Personal investigador del Instituto de Ciencia de Materiales de Barcelona (ICMAB), perteneciente al Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), ha desarrollado una arquitectura para baterías de zinc-aire que eleva su potencia hasta un 80% sin alterar la química principal del dispositivo. El avance se basa en introducir elementos conductores en el interior de la batería para que funcionen como electrodos bipolares inalámbricos, lo que facilita el transporte de carga y reduce la resistencia interna.
El CSIC, organismo adscrito al Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades, sitúa este desarrollo como una nueva aproximación al diseño de sistemas de almacenamiento energético de mayor eficiencia y rendimiento. La investigación se ha publicado en la revista Energy Storage Materials y se ha realizado en colaboración con el Instituto Catalán de Nanociencia y Nanotecnología (ICN2) y la Universidad Nacional de la Plata, en Argentina.
Nueva arquitectura para baterías de zinc-aire
El trabajo cuestiona una premisa clásica en el diseño de baterías: que el electrolito debe transportar iones, pero no electrones. En una batería convencional, la energía se almacena por la diferencia energética entre los materiales de sus dos electrodos, mientras que la electricidad se genera cuando las cargas se desplazan de un material a otro a través del electrolito, que permite el movimiento de iones.
Hasta ahora, el diseño de estos sistemas ha evitado incorporar materiales conductores en el electrolito por el riesgo teórico de provocar un cortocircuito. El equipo liderado por la investigadora del ICMAB-CSIC Nieves Casañ-Pastor ha demostrado que, bajo determinadas condiciones, pequeñas piezas metálicas conductoras no conectadas ni al circuito externo ni a los electrodos pueden tener un efecto favorable en el funcionamiento de la batería.
Cuando el dispositivo opera, se genera un campo eléctrico entre los dos electrodos. Si se colocan una o varias piezas conductoras pequeñas entre ellos sin conexión eléctrica directa, estas no cortocircuitan el sistema. En su lugar, el campo eléctrico induce polarización: un extremo acumula carga positiva y el otro, carga negativa.
Esta polarización crea rutas adicionales para el transporte de carga en el interior de la batería y favorece las reacciones electroquímicas responsables de la generación de electricidad. El resultado es una reducción de la resistencia interna y una mayor capacidad para suministrar energía con rapidez.
Electrodos bipolares inalámbricos
La investigación forma parte de la tesis doctoral de Marc Mosqueda, reciente doctor por el ICMAB, y se ha centrado en inducir este tipo de efectos en distintos tipos de baterías. En el caso de las baterías de zinc-aire, el interés radica en el uso de materiales abundantes, económicos y seguros, aunque esta tecnología presenta limitaciones asociadas a la reacción con el oxígeno, relativamente lenta, que condiciona la potencia disponible.
El diseño desarrollado por Casañ-Pastor y Mosqueda introduce electrodos bipolares inalámbricos en el interior del sistema. Con ello se reduce de forma significativa la resistencia y se aumenta la velocidad a la que la batería puede entregar energía. En las baterías zinc-aire, el zinc se oxida con facilidad y la química acuosa del sistema reduce riesgos asociados a explosiones, mientras que el oxígeno, al ser un compuesto muy estable, presenta una reacción lenta.
Según Casañ-Pastor, el valor del trabajo no se limita a la batería analizada, sino que abre una vía para mejorar distintos parámetros de rendimiento en otras tecnologías de almacenamiento. El grupo ya ha observado efectos similares en otros sistemas y prevé seguir explorando aplicaciones de esta arquitectura basada en electrodos bipolares inalámbricos.