Baterías de ión aluminio de recarga ultrarrápida

Dibujo20150408 Rechargeable Al-graphite cell - nature com

Tras 30 años de investigación las baterías recargables de ión aluminio empiezan a ser una alternativa a bajo costo de las de ión litio. Se publica en Nature una batería con alta velocidad de recarga que usa un ánodo de aluminio y un cátodo de espuma de grafito pirolítico. Tiempos de recarga de un minuto (ultrarrápido) con una densidad de energía de 40 Wh/kg (similar a las baterías actuales), una alta potencia de unos 3000 W/kg (similar a un supercondensador) y capaz de soportar más de 7500 ciclos de carga/descarga.

Estas nuevas baterías recargables de ión aluminio tienen un futuro muy prometedor. El artículo técnico es Meng-Chang Lin et al., «An ultrafast rechargeable aluminium-ion battery,» Nature, AOP 06 Apr 2015, doi: 10.1038/nature14340.

Dibujo20150408 scanning electron microscopy - graphitic foam - nature com

El nuevo trabajo propone celdas de Al/grafito que operan a 25 ºC. El ánodo es una lámina de aluminio con un espesor entre 15 y 250 micras, el cátodo es una espuma tridimensional de grafito pirolítico y como electrolito se usa el líquido iónico AlCl3/[EMIm]Cl (donde [EMIm]Cl significa cloruro de 1-etil-3-metilimidazolio). Durante la descarga en el ánodo los iones AlCl4 se transforman en Al2Cl7 y durante la carga se produce la reacción inversa. En el cátodo, durante la carga los iones AlCl4 se intercalan entre las capas de grafito y durante la descarga se entresacan (desintercalan).

Dibujo20150408 Galvanostatic charge and discharge curves of an Al-graphitic-foam pouch cell - nature com

Las celdas de Al/grafito (basadas en espuma de grafito) muestran un comportamiento en carga y descarga realmente impresionante por su gran estabilidad.

Dibujo20150408 charge and discharge curves of an Al-graphitic-foam pouch cell - nature com

Pero quizás lo más impresionante es que el tiempo de recarga es de sólo un minuto para 5000 mA/g. Con ello el nuevo artículo cumple el sueño de muchos investigadores. Una batería de ión aluminio ultrarrápida con gran capacidad y con gran estabilidad durante miles de ciclos carga/descarga. ¡Qué más se puede pedir!



18 Comentarios

      1. Correcto, tienes razón, mi comentario fue prematuro
        El imidazolio (imidazolium en inglés) es la forma iónica del imidazoilo (imidazoyl en inglés)
        Los líquidos iónicos son, como su propio nombre indica, «iónicos» y por lo tanto es imidazolio en vez de imidazoilo.

        un saludo

  1. Bueno, una densidad de energía de 40 Wh/kg tampoco es para tirar cohetes. Es similar a las baterías de plomo-ácido.

    Como comparación, las baterías de Ni-MH están por los 80Wh/Kg, y las de iones de litio superan ampliamente los 120 Wh/Kg.

    Desgraciadamente, esa baja densidad energética no las hace interesantes para dispositivos portátiles y compactos que requieren de gran autonomía, donde las Li-ion son la única opción…. Y tampoco para coches eléctricos, donde es clave la densidad de energía para no llevar un enorme lastre en las baterías.

  2. profesor francis
    que hay del voltaje que dicen que debe ser del doble y la densidad mas que las de litio? usted cree que lograran esos dos objetivos?

    1. Alicia, nada lo prohíbe, pero se lleva trabajando décadas sobre las baterías de aluminio y se seguirá trabajando durante décadas sobre ellas. En ciencia las cosas son así: van despacio.

      Lo que debemos tener claro es que las reservas mundiales de litio se acabarán agotando. El coche eléctrico y la extensión de las energías renovables requiere un uso masivo de baterías. Luego hay mucha investigación en baterías y está dando sus frutos. Pero las noticias de ciencia que publico en este blog son (casi) siempre de ciencia básica y hasta su aplicación práctica pueden pasar décadas. No lo olvides nunca. Yo no suelo hablar de tecnología (lo que verás en el mercado en menos de un lustro), suelo hablar de ciencia básica (lo que no verás en el mercado en un par de décadas, salvo casos excepcionales).

      Saludos
      Francis

      1. Por lo que leo, la batería del nissan leaf utiliza 4kg de litio

        http://www.evwind.es/2009/08/28/nissan-confident-over-future-of-lithium-4-kg-of-lithium-in-each-electric-car-battery/982

        Leo que hay en el mundo 13.000.000 toneladas de litio, sabiendo que reservas es bastante flexible (aumento de precio lleva parejo más exploración, y explotación de recursos no tan ricos). Bueno, con el litio actualmente, y supontiendo 10kg de litio por batería da para 1300 millones de coches.

        Personalmente me parece que comparar la futura escasez de litio con la del petróleo es algo exagerado.

  3. Pues en este video que sacaron, la usan (dos juntas) para hacer funcionar un smartphone. Pero la mejor ventaja que muestran respecto a las de ión litio es lo de la seguridad, estas al parecer pueden ser dobladas y hasta perforadas sin mayor problema. Esto último es muy importante también, sobre todo como dicen por la seguridad y sus posibles aplicaciones en dispositivos flexibles.

    https://www.youtube.com/watch?v=ZKIcYk7E9lU

  4. Yo miré el artículo en Reddit, y aunque han hecho un buen trabajo, no se trata de una batería si no de un supercondensador. Se recargan muy rápido pero también se descargan muy rápido. También es normal que soporten muchísimos ciclos de carga y descarga, pero su densidad de carga en el mejor de los casos es varias veces menor que el de una batería.

  5. A mí, lo que más me ha gustado de este descubrimiento es que utilicen el aluminio con el carbono, elementos muy abundantes a la vez que no son tan agresivos para el medio ambiente como los que se usan actualmente en las baterías.
    El tamaño no me parece un inconveniente tan grande, baterías con el doble de tamaño de las actuales no supondrían ningún reto de diseño y la carga tan rápida supone un avance brutal.
    A mí, lo que me roza un poco es que usen un líquido iónico ya que éstos sí que son un poco más controvertidos en cuanto al impacto medioambiental.

  6. Razonable y excelente. Muy interesante la publicación acerca del trabajo de lograr pilas recargables de mayor rapidez de carga, con un rendimiento igual al de las pilas recargables actuales.
    Yo pienso que no hay peligro alguno de que salten los fusibles de la casa, porque a la tensión que se carga, y que es obtenida por un convertidor ya preparado para tal caso, no hay un gran consumo, sino proporcionalmente muy pequeño para una casa.

  7. En la itroduccion del artículo de Nature hablan de 2 Voltios y 70 mAh/gr de capacidad.

    Esto da (o ya no se ni usar la calculadora) 140 wh/Kgr

    Similar a las de iones de litio, solo que con materiales mucho mas faciles de obtener (y por tanto mucho mas baratos) y ademas inocuos en todos los aspectos.

    Casi que si el electrolito ionico ese (yo soy fisico y de quimica ando algo escaso de conocimiento) es facil de obtener, se las puede uno hacer en casa…

    internete
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  8. Muchachos, en mi epoca me toco trabajar con las baterias recargables de Niquel y Cadmio que eran una maravilla hace 30 años. El problema de ellas, su efecto memoria. Las baterias de ion de aluminio me parece espectacular, y pienso que la investigacion llevara a alta eficiencia para cambiar definitivamente la vida en el planeta.

  9. Hey! Tanto el Litio como el Aluminio no son Energía y se requeriria más petróleo para construir un coche de este tipo, fabricar las baterias y recargarlo. Claro son menos contaminantes siempre y cuando los produzcan en otro planeta. Es buena idea para mejorar la calidad de aire en las ciudades.

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Por Francisco R. Villatoro
Publicado el ⌚ 8 abril, 2015
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