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Baterías de zinc-aire recargables: un catalizador aguanta 300 h

by Marc Sheridan
Primer plano de una celda de batería experimental abierta, con un electrodo de aire negro y poroso y una placa de zinc plateada sobre una mesa de laboratorio.

Si alguien de tu familia lleva audífono, seguro que conoces las pilas de zinc-aire: esas pilas de botón diminutas con una pegatina que se retira para «despertarlas». Duran unos días y acaban en el contenedor. Unos químicos de la Universidad Técnica de Darmstadt (Alemania) han dado ahora un gran paso hacia una batería de zinc-aire que se pueda recargar. Un nuevo catalizador hecho de hierro, níquel y carbono mantuvo una celda de prueba cargándose y descargándose durante más de 300 horas, según publica el equipo en la revista Advanced Science.

Por qué importa: sobre el papel, las baterías de zinc-aire pueden almacenar hasta cinco veces más energía que las de iones de litio de nuestros móviles y coches, según la universidad. Funcionan con zinc, un metal común, y con oxígeno que toman del aire. El gran problema siempre ha sido recargarlas. Cada avance en ese frente acerca un poco más un tipo de batería más barato y más seguro.

Una batería que respira

Una batería de zinc-aire respira, literalmente. Cuando da energía, el oxígeno del aire reacciona con el zinc dentro de la celda. Para recargarla hay que hacer esa reacción al revés y expulsar de nuevo el oxígeno.

Las dos direcciones le cuestan mucho a la química. Cada una necesita un catalizador (un material ayudante que acelera una reacción sin gastarse), y la mayoría de los catalizadores solo son buenos en uno de los dos trabajos. Una batería recargable necesita un único material que haga ambos, una y otra vez, sin desgastarse. Los científicos lo llaman «bifuncional», que significa simplemente «dos trabajos, un solo material».

Vista de microscopio de diminutas estructuras de carbono en forma de cono salpicadas de nanopartículas naranjas.
Partículas de níquel y hierro ancladas en «nanocuernos» de carbono hacen dos trabajos con un solo material · Ilustración de DIGITAL WOXTER TECHNEWS.

Qué ha creado el equipo de Darmstadt

El equipo dirigido por el químico Jörg J. Schneider partió de las espinelas, una gran familia de minerales. Su elección es la ferrita de níquel, un compuesto de níquel, hierro y oxígeno parecido al mineral natural trevorita. Fabricaron partículas de solo unos nanómetros (un nanómetro es la millonésima parte de un milímetro) y las anclaron con firmeza a «nanocuernos» de carbono, unas diminutas estructuras de carbono con forma de cono. Además, añadieron nitrógeno y fósforo a la superficie del carbono, según recoge Tech Xplore.

El resultado es un material que hace tres cosas a la vez: conduce la electricidad, se mantiene químicamente estable y activa el oxígeno. Eso es clave en lo que los investigadores llaman la «triple unión», el diminuto punto de encuentro donde se tocan el catalizador sólido, el electrolito líquido y el oxígeno del aire. Si ese punto falla, la batería muere. En las pruebas del equipo, una celda recargable con el nuevo catalizador siguió funcionando durante más de 300 horas de carga y descarga, informa Interesting Engineering.

Entonces, ¿merece la pena esperarla?

Todavía no. Es un resultado de laboratorio, no un producto, y la propia universidad lo describe como un «paso importante», no como una batería terminada. Las celdas de zinc-aire recargables aún tienen otros obstáculos. El zinc puede formar cristales en forma de aguja, llamados dendritas, que provocan cortocircuitos, y las reacciones del oxígeno son lentas. Una revisión publicada en Journal of Materials Chemistry A señala precisamente estos problemas como las principales barreras para usarlas a gran escala.

Las ventajas son lo que anima a seguir investigando. El zinc es abundante, más fácil de reciclar y menos tóxico que el litio, y el electrolito a base de agua reduce el riesgo de incendio de las baterías de litio, explica Bruno Marin, del proyecto europeo ZABAT, coordinado por el centro tecnológico catalán Leitat. Por eso muchos equipos ven en las grandes baterías estacionarias, las que guardan la energía solar y eólica, su primer destino natural, mucho antes de que una pila de zinc-aire acabe en tu bolsillo.

Qué viene ahora

Las grandes preguntas ahora son la duración y la escala: ¿puede el catalizador aguantar mucho más que unos cientos de horas, en celdas más grandes y respirando aire normal? Si las respuestas siguen siendo buenas, la humilde pila del audífono podría convertirse en algo mucho más grande. De momento, sigue comprando las desechables, pero ten en cuenta que la química que llevan dentro está aprendiendo un truco nuevo.

Fuentes

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