Investigadores australianos desarrollan una batería de agua de iones de magnesio

El profesor Tianyi Ma, investigador principal de la Facultad de Ciencias de la Universidad RMIT, en Melbourne, afirma que sus baterías están a la vanguardia de un campo emergente de dispositivos acuosos de almacenamiento de energía, con avances que mejoran significativamente el rendimiento y la vida útil de la tecnología.

El equipo utiliza agua en lugar de electrolitos orgánicos -que permiten el flujo de corriente eléctrica entre los terminales positivo y negativo-, lo que significa que sus baterías no son combustibles, a diferencia de sus homólogas de iones de litio.

Según Ma, estas baterías son idóneas para aplicaciones a gran escala, por lo que resultan ideales para el almacenamiento en red y la integración de energías renovables, sobre todo desde el punto de vista de la seguridad.

“A medida que nuestra tecnología avance, otros tipos de aplicaciones de almacenamiento de energía a menor escala, como la alimentación de los hogares y los dispositivos de entretenimiento de la gente, podrían hacerse realidad”.

Potencial de producción en serie
El proceso de fabricación de las pilas de agua indica que la producción en serie es factible, dado que materiales como el magnesio y el zinc abundan en la naturaleza.

“También son baratas y menos tóxicas que las alternativas utilizadas en otros tipos de baterías, lo que ayuda a abaratar los costes de fabricación y reduce los riesgos para la salud humana y el medio ambiente”, afirma Ma.

“Las baterías de agua de iones de magnesio tienen potencial para sustituir a las de plomo-ácido a corto plazo -como en uno o tres años- y para reemplazar potencialmente a las de iones de litio a largo plazo, de aquí a 5 o 10 años”.

“El magnesio es más ligero que los metales alternativos, incluidos el zinc y el níquel, tiene una mayor densidad energética potencial y permitirá baterías con tiempos de carga más rápidos y mejor capacidad para soportar dispositivos y aplicaciones de alto consumo energético”, afirma Ma.

Los científicos del RMIT afirman que la batería de agua del equipo está acortando distancias con la tecnología de iones de litio en cuanto a densidad energética.

“Recientemente hemos fabricado una batería de agua de iones de magnesio con una densidad energética de 75 vatios-hora por kilogramo (Wh kg-1), hasta un 30% superior a la de las últimas baterías de los coches Tesla, así que el siguiente paso es aumentar la densidad energética de nuestras baterías de agua desarrollando nuevos nanomateriales como materiales de electrodo”.

Vida útil
Después de fabricar una serie de baterías de prueba a pequeña escala para numerosos estudios revisados por expertos con el fin de abordar diversos retos tecnológicos, como el aumento de la capacidad de almacenamiento de energía y la vida útil, el equipo ha conseguido que las baterías duren bastante más, comparable a las baterías comerciales de iones de litio del mercado, e ideales para el uso intensivo y a alta velocidad en aplicaciones del mundo real.

“Con una capacidad impresionante y una vida útil prolongada, no sólo hemos avanzado en la tecnología de las baterías, sino que también hemos integrado con éxito nuestro diseño con paneles solares, mostrando un almacenamiento de energía renovable eficiente y estable”, dijo Ma.

Reciclable
Ma explicó que las baterías de agua también resuelven los problemas de eliminación al final de la vida útil a los que se enfrentan los consumidores, la industria y los gobiernos de todo el mundo con la tecnología actual de almacenamiento de energía, ya que se pueden desmontar de forma segura y los materiales se pueden reutilizar o reciclar.

En el marco de un proyecto de vinculación del Consejo Australiano de Investigación (ARC), el equipo de Ma desarrolla baterías de agua en colaboración con GrapheneX, un innovador tecnológico de Sídney.

“También colaboramos estrechamente con investigadores y expertos de universidades e instituciones de investigación de renombre de Australia, Estados Unidos, Reino Unido, Japón, Singapur, China y otros países. Estas colaboraciones facilitan el intercambio de conocimientos y el acceso a instalaciones de vanguardia. Aprovechando la experiencia de este equipo global en distintas áreas, podemos abordar los complejos retos que se plantean desde diversos ángulos”.

La última investigación del equipo, Synergy of dendrites-impeded atomic clusters dissociation and side-reactions suppressed inert interface protection for ultrastable Zn anode (Sinergia de la disociación de grupos atómicos impedida por dendritas y la protección de la interfaz inerte suprimida por reacciones laterales para un ánodo de Zn ultraestable.), se publica en Advanced Materials.

Se ha publicado en Energy and Environmental Science una revisión exhaustiva de la historia de la investigación del equipo, los retos y el potencial de las baterías de agua: Ammonium-ion energy storage devices for real-life deployment: storage mechanism, electrode design and system integration (Dispositivos de almacenamiento de energía de iones de amonio para la vida real: mecanismo de almacenamiento, diseño de electrodos e integración de sistemas).