XI Carnaval Química: Adiós a las baterías de litio, llegan las baterías recargables de aluminio

Por Francisco R. Villatoro, el 14 enero, 2012. Categoría(s): Ciencia • Química • Science ✎ 33

Las baterías recargables de litio están por doquier, pero el litio es escaso y su coste se ha disparado en los últimos años. Las baterías recargables de aluminio prometen ser la solución. Más baratas, más seguras (el litio es propenso a incendiarse) y basadas en el aluminio, el tercer elemento químico más abundante de la corteza terrestre. Todo son ventajas, en apariencia, ya que las baterías recargables de aluminio, a temperatura ambiente, funcionan peor que las de litio, porque los iones de aluminio son más grandes que los de litio y tienden a formar grupos que se mueven más lentamente que los de litio en los electrodos, reduciendo su conductividad. La investigación en este campo está todavía en sus inicios, pero promete mucho al tener un mercado potencial de 10 mil millones de dólares (el mercado mundial de baterías de litio, que se ha multiplicado por cinco en la última década). Teléfonos móviles, ordenadores portátiles, herramientas eléctricas sin cables, coches eléctricos y un sinnúmero de otros gadgets que utilizan baterías de litio, dentro de lustro utilizarán baterías de aluminio.  Lynden Archer, ingeniero químico de la Universidad de Cornell, y sus colegas han dado un paso de gigante en 2011 al utilizar líquidos iónicos y un electrolito de nanohilos de óxido de vanadio que aceleran el transporte de los iones de aluminio. Navaneedhakrishnan Jayaprakash, postdoc en el grupo de Ascher, es el primer autor del artículo del trabajo que presenta las baterías de aluminio recargables. Estas baterías utilizan un electrolito que contiene AlCl en un líquido iónico (EMI.Cl, cloruro de 1-etil-3-metilimidazolio), nanohilos de V2O5 en el cátodo y aluminio en el ánodo. Alcanzan una capacidad de carga de 305 mAh/g en el primer ciclo de recarga y 273 mAh/g tras 20 ciclos de carga; además, el comportamiento electroquímico es muy estable. Una gran promesa que todavía tiene que salir de los laboratorios para llegar a la industria, pero una promesa en firme hacia el futuro de la energía en el siglo XXI, la electricidad como fuente primaria de energía. Nos lo cuenta Robert F. Service, «Al Bids to Vie With Li in Battery Wars,» Science 335: 163, 13 January 2012, que se hace eco de la repercusión que ha tenido el artículo técnico de N. Jayaprakash , S. K. Das, L. A. Archer, «The rechargeable aluminum-ion battery,» Chemical Communications 47: 12610-12612, 3 Nov. 2011, en la conferencia de la Materials Research Society (MRS), Fall Meeting, December 2011.

Esta breve entrada participa en la XI Edición del Carnaval de Química, organizado por Daniel Martín Reina, autor del blog La Aventura de la Ciencia. El plazo para publicar las entradas participantes en la XI Edición empezó el 1 de enero y terminará el 31 de enero. El organizador se enterará de las entradas que participan en esta edición dejando un comentario en su entrada, comunicándolo vía Twitter a @CarnavalQuimica o @monzonete.

 


33 Comentarios

    1. Las baterías de hidrógeno son algo totalmente distinto, se trata de un catalizador que junta el hidrógeno y el oxígeno para crear agua y durante el proceso se libera electricidad. Con lo cual para recargarlo podrías volver a separar el oxígeno y el hidrógeno del agua (usando electricidad) o directamente una nueva carga de hidrógeno.
      Se llevan muchos años trabajando en esta tecnología, desde mediados del siglo pasado ya se usa comercialmente. Pero tiene problemas de rendimiento, degradación y sobre todo de obtención del hidrógeno masivamente.
      Para tu disfrute: http://es.wikipedia.org/wiki/Pila_de_combustible

    2. Sacalepartido, las «baterías de hidrógeno» no son baterías, son celdas de combustible. La diferencia es sencilla, las baterías se cargan con electricidad, pero las celdas de combustible se recargan con combustible, es decir, la «batería de hidrógeno» se recarga con hidrógeno, como un mechero clipper que se recarga con gas.

      Por cierto, Remy se me ha adelantado. Gracias Remy por tu clara y rápida respuesta.

  1. Hola Francis, sé que no estoy en en tema pero días atrás comenté que en noviembre ppdo. había fallecido Lynn Margulis.
    En un par de entradas anteriores observé que a algunos lectores de FTEM no les gusta Lynn. Sin embargo me interesaría conocer tu opinión acerca de sus trabajos en SET y simbiogénesis en oposición al neodarwinismo. ¿Podrías escribir algo al respecto?. Gracias y salu2 .

    1. Leo, me encantó el libro «¿Qué es la vida?» de Margulis y su hijo Sagan; tras leer su libro quedé convencido de su teoría de la simbiogénesis, aunque yo no creo que esté en oposición al neodarwinismo, sino que lo refina y complementa.

      No me gusta hablar de Margulis en este blog porque no me gusta su faceta pseudocientífica y su prepotencia en ciertos tópicos. En este blog puedes leer «Lo siento, Margulis, el artículo sobre la evolución más polémico del año no aparecerá publicado en PNAS,» 5 octubre 2009, porque «Al final, nadie puede luchar contra los elementos…,» 22 octubre 2009, y porque «Un artículo polémico genera polémica: ciencia, ficción o ciencia ficción en la revista PNAS,» 5 noviembre 2009. A mis lectores en este blog les molesta que hable de la faceta reciente de Margulis y a mí también me molesta, lo confieso.

      Prefiero recordarla por su teoría de la simbiogénesis en lugar de por su apoyo a teorías magufas como en «Lynn Margulis y el SIDA como una sífilis mal diagnosticada,» 27 junio 2010. Lynn está fuera de toda duda como microbióloga, pero sus artículos polémicos en otros tópicos no tienen ni pies ni cabeza. Yo decía, y me ratifico, que «en lugar de investigar algo por su cuenta y encontrar pruebas no refutables de sus afirmaciones, aprovecha su fama para polemizar y solicitar a los demás que hagan el trabajo por ella. Pocos recogen el guante y sus artículos polémicos se limitan a noticia en los medios y punto. Una pena.»

      1. Justamente leí el mismo libro que tu mencionas y quedé maravillado; recuerdo que lo descubrí durante aquel sofocante verano de 2003 aprovechando el fresco aire de la biblioteca Vapor Vell.
        Leí las entradas que mencionas como así también los comentarios; no tenía idea de su faceta magufa y como dices es una pena que no haya sido refutada como corresponde. Tal vez si hubiese publicado dichos trabajos como especulaciones quizás no se la maltrataría tanto. Salu2.

  2. «»una promesa en firme hacia el futuro de la energía en el siglo XXI, la electricidad como fuente primaria de energía. «»

    toma ya!!

    me paice a mi que ese tipo frases son mas propias de un periodico desinformado que de un bolg de ciencia.

  3. A quien le hace migas es a Bolivia que se las promete tan felices con su Salar de Uyuni, la mayor reserva mundial de litio. Andan coqueteando con varias compañías extranjeras, que ha terminado por irse a Argentina.

    El simple hecho de que aparezcan alternativas, hará bajar los precios del litio.

  4. Porque no ponen paneles solares a los móviles? No me refiero a que el teléfono funcione 100% con energía solar porque tardaría mucho en recargarse y no siempre se tiene el teléfono en un espacio iluminado pero… Si se le añade un pequeño panel a la batería convencional algo mas duraría la batería y eso que ahorraríamos también en la factura de la luz no?

    1. o una manivela que tire de una dinamo interna… no siempre tenemos un enchufe a mano y sería genial estar encerrados en un tanque rodeado de zombies y que con 15 giros de manivela tengamos batería para pedir ayuda (por ejemplo).

  5. Si, y al portátil. En esos momentos estoy bajo un foco, que quizá me permitiera un tiempo mas largo sin enchufar. Como los coches esos (se poco de mecánica) que recargan baterías cuando frenas.

    Yo sigo esperando al genio invente unos vidrios de ventana que transformen el ruido que viene de la calle en electricidad. El simple efecto de suprimir el ruido, ya sería un beneficio…

    1. Abuela, hay varios estudios que consideran la obtención de energía eléctrica utilizando materiales piezoeléctricos (que transforman energía mecánica en eléctrica) para transformar energía acústica en eléctrica, pero casi todos son estudios teóricos y lo que indican es que la energía acústica es poco eficiente (y se requiere mucha potencia). Pero quien sabe, lo mismo alguien tiene una idea feliz al respecto.

      Por ahora, lo más beneficioso contra el ruido (en una ventana transparente) es un cristal doble con una cámara de aire.

        1. Abuela, se trata de una mera curiosidad, con poca utilidad práctica real (el sistema Pavegen es caro de instalar y mantener para la poca energía que se obtiene en un lugar muy transitado por gente), pero queda muy bien donde se instala. Quienes tengan dinero de sobra para gastar en un edificio muy transitado (como una estación de Metro o un aeropuerto) pueden incorporar este sistema y presumir de haberlo hecho. Poco más.

          Cualquier estudio económico del sistema indica que no es rentable. Por ejemplo, en este trabajo se llega a la conclusión que será rentable tras 444 años de instalación (en el Hall de una universidad canadiense, UBC), pero la vida de las losetas no supera los 15 años (en las mejores condiciones ambientales posibles, pues a la intemperie no superan mucho más de 5 años). En el resumen puedes leer «From the economical aspect, the tiles payback period is much longer than the lifetime of the tiles which means that the cost of this project exceeds its economical benefit. Pavegen tiles are not beneficial based on the economic point of view alone.» ¡Pero qué importa con lo bonitos que quedan en la foto!

    2. Javi, muchacho, estoy segura de que mis ideas no son rentables: en caso contrario no hubiera tenido la «genial idea» de irme a vivir lejos del mundanal ruido…

      y caer junto a la M-30 (en Madrid)…

      Yo llegué primero, que conste: en tiempos había un arroyo; mas allá un precioso pinar; por entre los pinos nacía cada mañanita el sol, gordo, rotundo, cegador…

      las ovejas pastaban en el solar de lo que es hoy una torre de 18 pisos…

      primeronse fueron las ovejas, luego los pinos…. el cauce del arroyo se convirtió en una autovía…

      pero, ¡caramba¡ ¡que bien comunicada estoy ahora….¡¡

      Comprendo lo que me cuentas de los miliwatios y todo eso. Puedo imaginar que la M-30 a penas daría para la pila…

      … del Big Ben. 😉

      Estruendosos saludos a todos.

      Por cierto, lo de los piezoeléctricos, es lo de los mecheros?????

  6. como amante de la tecnologia he leido muchos de estos articulos sobre baterias futuristas. lamentablemente es que estas cosas o no llegan nunca o tardan demasiado. hace tres años (tal vez más) se publicaban articulos diciendo que nuevas baterias podrian durar un mes o inclusive más y en los smartphones la bateria sigue durando un dia. No digo que sea mentira, pero creo que lo peor que podemos hacer es ilusionarnos. Brindo igualmente por el avance en el campo de investigación y ojalá veamos resultados pronto. Saludos

  7. José, no tengo constancia de haber borrado dicho comentario (aunque puede que haya sido calificado como spam y haya sido borrado por error).

    Todos los lectores que no sepan química deben recordar que la melanina es una molécula incapaz de realizar la fotosíntesis; la fotosíntesis artificial está siendo muy estudiada, pero la melanina no tiene ningún papel en ella.

    1. Por lo que he leído lo que dicen los artículos es que la melanina realiza la disociación del agua. Estrictamente hablando ni la clorofila ni la melanina realizan la fotosíntesis, que es un proceso de varias etapas. Las clorofilas lo que realizan es la captación de fotones. La clorofila a forma parte del fotosistema II, del que también forma parte un «cluster» molecular con Manganeso, que es donde se produce la disociación de las moléculas de agua en protones, electrones y oxígeno (fotodisociación).
      http://en.wikipedia.org/wiki/Photosystem_II
      Según los artículos la melanina también es capaz de hacerlo, además de forma reversible, y no solo con la luz visible sino con otros tipos de radiación. Creo que hay que ser especialista para decir si es posible o si es una tontería. Yo ni idea.

      1. Daniel, lo siento, pero te equivocas, no hay que ser un especialista para saber que la melanina no permite una nueva ruta fotosintética. Y mucho menos con la melanina haciendo el papel del Mn-OEC en la fotosíntesis. Decir esto es decir que no se sabe qué es la melanina y qué es el Mn-OEC. ¿Te has molestado en mirar la fórmula química de ambos?

  8. A ver Francis, las fórmulas de la eumelanina y feomelanina:
    http://en.wikipedia.org/wiki/Melanin#Eumelanin
    http://www.clinuvel.com/images/stories/Clinuvel/Melanin/Structures-of-eumelanin-and-pheomelanin.jpg
    Yo no soy químico, así que de las estructuras de las moléculas no deduzco ni que rompa el agua ni que no la rompa, como tampoco lo deduzco de la fórmula del OEC (¿puede ser determinante que haya o no átomos de algún metal?). O si la melanina conduce bien la electricidad o no. Si alguien que sepa de físico-química me dice que es imposible que la melanina disocie el agua me lo creo, y si me dice que es posible también me lo creo.

  9. Cuando la melanina absorbe radiación solar, tiene que disipar esa energía ¿como?. La respuesta es la conversión interna:
    http://en.wikipedia.org/wiki/Photoprotection
    http://en.wikipedia.org/wiki/Internal_conversion_%28chemistry%29
    Y eso tiene aplicación en celdas solares:
    http://en.wikipedia.org/wiki/Gr%C3%A4tzel_cell
    No dicen nada de fotodisociación del agua, pero sí de un electrolito de yodo:
    http://en.wikipedia.org/wiki/Gr%C3%A4tzel_cell#Operation
    ¿Puede el agua hacer de electrolito?

    1. He metido la pata. La conversión interna NO tiene aplicación en las celdas solares, sino todo lo contrario. Supongo que tienes razón Francis.

    1. Daniel, en este caso se propone el uso de una película fina de melanina por su color negro, pero las propiedades fotoelectroquímicas de la melanina son pésimas; proponerlo es fácil, pero llevarlo a la práctica requerirá utilizar algún complejo molecular aún por desarrollar, uno de cuyos componentes sea la melanina, yo no lo veo claro, pero no soy experto (tengo amigos que sí lo son y no lo ven nada claro; pero ya se sabe, nunca digas nunca jamás).

      1. De acuerdo Francis. Solo quiero poner para dejar ya el tema el enlace de un power point, precisamente se titula «Propiedades Fotoelectroquímicas de soluciones Agua-Melanina». Es lo que estaba buscando desde el principio, comentan los orbitales pi y esas cosas:
        cenca.imta.mx/coloquio/Luis_Rendon_agua-melanin.ppt

    2. La fotosíntesis humana no tiene ni pies ni cabeza, como indica Evolutionibus, «Un ejemplo de mal uso de los medios de comunicación en la divulgación científica: melanina y fotosíntesis humana,» 4 de febrero de 2012.

      Como bien nos dice Evolutionibus no tiene sentido la frase: «un médico descubre que la melanina tiene la capacidad de romper la molécula de agua en hidrógeno y oxigeno, lo que quiere decir (según sus conclusiones) que los humanos hacemos la fotosíntesis. (…) primero, esto no es fotosíntesis [y] segundo, [no hay] ninguna publicación que mencione ni de lejos que la melanina sea capaz de hacer tal cosa, incluyendo el trabajo del doctor Solís (“The Unexpected Capability of Melanin to Split the Water Molecule and the Alzheimer’s Disease“) en la que, lo único que se hace, es referir a los trabajos de otros (por ejemplo el ya mencionado “The radioprotective properties …” , en el que, por supuesto, no se menciona nada de esto).»

      Más información en el buen artículo de Evolutionibus.

      1. He estado buscando más cosas sobre el asunto. Te pongo el mensaje que he mandado a Evolitionivus (y que no ha publicado, él sabrá por qué, cuando sí que publica un mensaje que no es más que publicidad de Arturo Solís sin ninguna visión crítica):

        Aquí hay más sobre el tema. Lo de la cura del Alzheimer no me lo creo, pero lo de la fotólisis lo admito como hipótesis, como después explicaré:

        1. The Pharmacologic Intensification of the Water Dissociation Process, or Human Photosynthesis, and Its Effect over the Recovery Mechanisms in Tissues Affected by Bloodshed of Diverse Etiology
        http://www.scirp.org/Journal/PaperDownload.aspx?paperID=6209&returnUrl=http://www.scirp.org%2FJournal%2FPaperInformation.aspx%3FpaperID%3D6209
        Dice Solís: «In order for the ATP theory to work, the photoreceptor layer should have enough of a vascular network to allow an adequate supply of substances to be transporte by the blood flow with the main aim to obtain energy. Without blood vessels a source of energy by this way is not possible. Congruously there are no blood vessels at all in the photoreceptor layer. Then the energy for the photoreceptors can’t come from the blood or glucose. However, if we take into account the capacity of melanin to catch the photonic energy and transform it into chemical energy by mean of water dissociation, then there is a light at the end of the tunnel.»

        Pero se sabe, y Solís como oftalmólogo no lo puede ignorar, que los fotorreceptores reciben oxígeno y nutrientes del coroides, a través del epitelio pigmentado (o pigmentario). Aquí se explica cómo:
        «Alimentando los fotorreceptores»
        http://ocularis.es/blog/?p=82
        «Vemos que el fondo del ojo está surcado por vasos sanguíneos que se van ramificando y estrechando. Pues bien, los vasos retinianos sólo alimentan a las capas más internas de la retina, a las que están más cerca de los vasos sanguíneos (y más cerca de la cavidad vítrea). Las capas más externas no pueden beneficiarse de la circulación sanguínea: no llega el oxígeno y los nutrientes. Concretamente, las dos capas más externas son la de fotorreceptores y el epitelio pigmentario, y aquí no llega nada del aporte sanguíneo.
        Entonces, ¿cómo se alimentan los conos y bastones, que tanta energía requieren?. La nutrición llega desde fuera de la retina, gracias al tejido llamado coroides.»

        Por otra parte, podemos preguntarnos cual es la razón de la existencia de melanina en la retina. La explicación es ésta:
        http://www.uco.es/organiza/departamentos/publicaciones/fisiovet/tema4.html
        «La melanina del epitelio pigmentario absorbe el exceso de luz y evita la retrorreflexión lo que tiene una gran importancia para obtener una mayor agudeza visual. Este es el motivo que los animales albinos (sin pigmento de melanina) estén siempre deslumbrados y por ello apenas consigan un 20% de agudeza visual de los animales que no los son.»
        Y de nuevo encontramos la otra misión del epitelio pigmentado:
        «También a través del epitelio pigmentado la retina obtiene los nutrientes desde los vasos coroideos.»

        2. Tenemos otra publicación en la que Solís dice algo de la presencia de melanina en el líquido ocular y el aumento de oxígeno. Ignoro si la melanina está presente de forma habitual en el líquido ocular:
        Photoelectrochemical properties of melanin:
        http://precedings.nature.com/documents/1312/version/1/files/npre20071312-1.pdf
        «The relation between activity-structure of this polymer was noticed as the result of our detailed observations in human retina in vivo, while studying the three main causes of blindness (glaucoma, diabetes, degeneration by age). We noticed the effect in glioma growth and angiogenesis of melanin presence in the ocular liquid, the oxygen content increased up to 34 % which did not come from ATP.»
        No entiendo eso de que el oxígeno «did not come from ATP». ¿Que el ATP produce oxígeno?.

        3. Aquí la descripción de la estructura molecular de la melanina, según el grupo de Solís. Pero no explican cómo ocurriría la ruptura del agua en la melanina:
        Propiedades Fotoelectroquímicas de soluciones Agua-Melanina:
        http://cenca.imta.mx/coloquio/Luis_Rendon_agua-melanin.ppt

        Mi opinión es que, como hipótesis, la melanina ocular sí podría ser una estrategia evolutiva para incrementar el nivel de oxígeno en la retina, pero es algo que no está comprobado. La biología evolutiva usa fecuentemente hipótesis para desentrañar los mecanismos adaptativos de los seres vivos, por tanto es perfectamente admisible la hipótesis de que la melanina del epitelio pigmentado (ignoro en qué grupos de animales; por ejemplo, ¿sólo en vertebrados?), produzca oxígeno a partir del agua y la radiación solar. Mientras no se demuestre que la molécula de melanina, en condiciones biológicas, realiza tal reacción química, no podemos admitir el supuesto descubrimiento del doctor Solís.

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