Con la escasez del litio la carrera de las baterías está servida. Hoy os traemos la batería de alumio-aire que está en plena investigación ya que promete una autonomía muy superior al ion-litio. En éste artículo desgranamos ésta batería y vemos sus pros y sus contras.
La movilidad eléctrica es imparable
Parece que la mayoría de los vehículos en el futuro serán eléctricos. Tesla y otros fabricantes de vehículos eléctricos están constantemente agregando nuevas características y actualizaciones a sus vehículos. Las baterías juegan un papel importante en cualquier tipo de vehículo. Las personas están comprando vehículos eléctricos entusiastas, pero algunos tienen preocupaciones sobre el alcance y la confiabilidad de la batería de iones de litio. Se está invirtiendo mucho dinero y esfuerzo en tecnologías de baterías innovadoras para abordar estas preocupaciones. Una solución emocionante está relacionada con el uso de la tecnología de metal aire.
¿Se podría producir una batería con más de mil millas de alcance?
Exploremos las baterías de aluminio aire y veamos por qué podrían terminar con la ansiedad por el alcance y por qué los investigadores las consideran una opción factible. Los vehículos eléctricos, junto con las fuentes de energía renovable, son componentes clave para lograr un futuro con cero emisiones netas. En los últimos años, el mercado de vehículos eléctricos ha crecido rápidamente. Según la Agencia Internacional de la Energía, AIE, el número de vehículos eléctricos en el mundo era de 2 millones en 2016, pero se esperaba que superara los 10 millones para 2020. Sin embargo, el alcance y la preocupación por el alcance siguen siendo un desafío para algunos, lo que impide el desarrollo del mercado de vehículos eléctricos. Aunque las baterías de iones de litio han impulsado la revolución de los autos eléctricos, el alcance generalmente se limita a 300 millas, lo que puede no ser suficiente para los viajes largos. Muchas personas no quieren tener que esperar demasiado tiempo para recargar durante un viaje por carretera, o tener que buscar un cargador rápido cercano. Además, todavía hay algunas inquietudes sobre los posibles peligros de la batería de litio, como el deterioro de la batería debido a los cambios de temperatura, las fugas inducidas por el estrés mecánico y la sobrecarga o descarga. Estas preocupaciones han abierto la puerta para que los investigadores y las empresas de todo el mundo desarrollen tecnologías de baterías alternativas, como aire líquido, metal líquido, estado sólido, supercondensadores, etc.
La alternativa de la batería de aluminio aire
En la India, una solución poco conocida ha recibido mucha atención recientemente. Estamos hablando de las baterías de aluminio-aire para automóviles, una tecnología innovadora que los fabricantes de vehículos eléctricos y los responsables de la formulación de políticas deben considerar, según Elena Oud y Verónica Spurna de ECECP. Estas baterías funcionan como motores, utilizando aluminio como combustible que reacciona con el aire a través de un electrolito para generar electricidad. Tienen una autonomía comparable a la de los vehículos de gasolina y una densidad de energía mucho más alta que las baterías de iones de litio. También son mucho más ligeras, lo que abre la puerta a la aviación eléctrica. El aluminio es un metal barato y abundante, por lo que el costo es bajo, aunque requiere una infraestructura y una logística especiales para cambiar la batería en lugar de recargarla. Sin embargo, esto evita las dificultades de capacidad de la red que surgieron con el mayor uso de vehículos eléctricos. Esta tecnología no está formalmente clasificada como batería, por lo que necesita un apoyo gubernamental. Metal Electricube, una empresa de investigación de baterías de aluminio-aire que ha recibido gran atención recientemente, afirma que esta fuente de energía es ligera, económica y eficiente. El proceso es simple: el aluminio reacciona con el aire para producir electricidad, brindando una carga que se puede utilizar en automóviles de pasajeros.
La utilización de baterías de aluminio-aire en vehículos de pasajeros es solo el inicio. Estas baterías pueden generar cantidades enormes de energía, abriendo una amplia variedad de aplicaciones. Muchos ignoran que los propulsores de cohetes del transbordador espacial funcionan con polvo de aluminio, empleado tanto en fuegos artificiales como en cohetes. Estos impulsores almacenan una gran cantidad de energía, pero el reto radica en sacarla, según Jackson. Estas baterías son livianas y su fabricación es bastante fácil, sin embargo, poseen una gran desventaja: no pueden recargarse. De todos modos, el hidróxido de aluminio, un subproducto de la reacción de la batería, es reciclable. Si bien el aluminio es la opción más económica (2.55 dólares por kilogramo), el litio y el níquel son más costosos (15.75 y 18.75 dólares por kilogramo respectivamente). La plata, con un costo de 773 dólares por kilogramo, también es empleada como catalizador en el cátodo. Indian Oil Corp. está desarrollando una solución para reemplazar y reciclar las baterías rápida y fácilmente, con una duración de tan solo tres minutos. Este año, Finnergy recibió 60 millones de dólares en una oferta pública inicial en Tel Aviv, y empresas de telecomunicaciones han probado sus dispositivos de almacenamiento de energía para abastecer de respaldo a torres de transmisión y demás instalaciones.
La capacidad de la batería de alumio
Además, la empresa utilizó su tecnología en un vehículo eléctrico, empleando una batería de aluminio-aire para recargar la batería de iones de litio del vehículo, que proporciona un alcance de 1.750 kilómetros, alrededor de 1.000 millas. Para poner esto en perspectiva, un Tesla modelo S puede recorrer 370 millas con una sola carga. Según Trevor Jackson, una batería de aluminio-aire de peso equivalente a la batería de litio estándar de Tesla podría resultar en un alcance de casi 2.700 millas, lo que equivale a casi 7 veces el rango. Ahora, las baterías de aluminio-aire tienen una densidad de energía de alrededor de 1.300 Wh por kilogramo, y se espera que alcancen los 2.000 Wh por kilogramo en el futuro. El aluminio tiene una densidad de energía potencial de 8.100 Wh por kilogramo, que es alrededor de 14 veces la densidad de energía de las baterías comerciales de óxido de cobalto y litio disponibles actualmente en el mercado, que tienen una densidad de energía de alrededor de 570 Wh por kilogramo.
Las fabricantes de automóviles Mahindra & Mahindra Limited, Maruti Suzuki India Limited y Ashok Leyland Limited realizarán experimentos durante un año para evaluar la factibilidad de un uso de baterías de aluminio-aire a gran escala en India. Si todo sale bien y hay una demanda adecuada, Indian Oil y Finergy tienen la intención de construir una instalación de baterías a gran escala de gigatoneladas en India. Sin embargo, el interés en las baterías de aluminio-aire no se limita a los vehículos. La densidad de energía excepcionalmente alta, el bajo peso, la amigabilidad con el medio ambiente y la facilidad de reciclaje también han llamado la atención de los desarrolladores de aplicaciones marítimas. A principios de este año, Yara Maritime Technology lanzó el programa de aceleración de empresas emergentes Yara Marine X para ayudar a las empresas emergentes a ser innovadoras en tecnologías marinas amigables con el medio ambiente. Green Marine me recuerda a un superhéroe de Marvel.
Los expertos se quedaron impresionados por la batería de aluminio-aire de Funition Energy, que era una de las muchas empresas emergentes que se presentaron. Yara Marine X proveerá los fondos, la promoción y el desarrollo de redes que Funition Energy necesita para producir y construir baterías de aluminio-aire por seis meses. Hasta ahora, Funition Energy ha desarrollado un sistema marino de 4.8MWh en un contenedor de envío de 20 pies. El fundador y presidente de Funition Energy, Udi Arel, afirmó, «Las baterías de aluminio-aire tienen una de las más altas densidades de energía entre todas las baterías, con más de cuatro veces la capacidad de las baterías de iones de litio convencionales. Además, no recargamos nuestro sistema en el barco. En su lugar, lo sustituimos por uno completamente cargado, eliminando el tiempo de inactividad que sería necesario para recargar las baterías convencionales». Yara Marine puede ofrecer una inversión de $150.000 a cambio de una participación del 10% en Funition Energy cuando expire el período de ayuda de seis meses de Yara Marine X. Además, los electrolitos alcalinos ofrecen un buen rendimiento de batería para las baterías de aluminio-aire, especialmente con altos niveles de descarga como los vehículos eléctricos.
Sin embargo, los electrolitos alcalinos emparejados con electrodos de aluminio son muy corrosivos, lo que es una limitación fundamental para las baterías de aluminio-aire. Para evitar el problema de la corrosión del electrolito, se recomienda usar una bomba para bombear el electrolito fuera de la batería cuando no esté en uso, y luego volver a introducirlo cuando sea necesario. Aunque este es un enfoque tosco, la corrosión del aluminio puede causar problemas al bloquear el sistema de bombeo. Para evitar esto, los investigadores del MIT inventaron un mecanismo que se basa en el bombeo de petróleo. Brandon Hopkins y sus compañeros hicieron las siguientes observaciones. El aceite expulsa el electrolito corrosivo de la superficie del electrodo de aluminio, que es donde se almacena la energía de la batería. Después de un mes de uso de la batería, este método resultó en una pérdida de energía de solo el 0.02%. Aunque las baterías de aluminio-aire existen desde hace casi medio siglo, todavía se encuentran en sus primeras etapas de desarrollo. Los problemas de corrosión, deterioro y capacidad no recargable plantean interrogantes sobre su viabilidad como alternativa al litio. Para abordar las desventajas se requiere mayor inversión e investigación.
