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Baterías 100 veces más rápidas

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Baterías 100 veces más rápidas

Área: Tecnología — Lunes, 28 de Marzo de 2011
Un cátodo poroso nanoestructurado mejora hasta cien veces la velocidad de carga o descarga de las baterías de ión-litio y de hidruro de níquel.
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Cátodo nanestructurado. Esquema e imágenes de microscopía electrónica. Fuente: Braun y colaboradores.
Supongamos que llega un día en el que podemos comprar un automóvil eléctrico a un precio normal y queremos hacer un viaje largo. Si la tecnología de baterías es la habitual el viaje terminaría siendo eterno, pues necesitaríamos horas para cargar dichas baterías, incluso si hubiera puntos donde esto se pudiera hacer (de momento no hay). También se nos facilitaría la vida si los dispositivos electrónicos móviles que tenemos se cargarán rápido, pues se les suele acabar la carga en el momento más inoportuno. Otra utilidad de las baterías sería su uso como almacenamiento y suministro de corriente en sistemas fotovoltaicos o eólicos para casas unifamiliares o fincas.
Una alternativa a las baterías son los supercondensadores. Éstos pueden cargarse muy rápidamente porque no hay mediación de ninguna reacción química, sino que los electrones son almacenados tal cual en superficies conductoras de gran extensión. En este caso la descarga tiene que se cuidadosamente controlada para que no se libere toda la carga de golpe. Lo malo de los supercondensadores es que a igualdad de peso o volumen almacenan menos carga que las baterías químicas. Lo bueno de éstos es que no sufren envejecimiento por número de ciclos de carga como les sucede a las baterías. 
Si de algún modo se lograra crear baterías de carga rápida se podrían aunar algunas de las características positivas en una de las tecnologías. Es decir, se podría tener la rapidez de los supercondensadores con la capacidad de las baterías. Esto es lo que parece que están logrando en University of Illinois. Un grupo de investigadores de esa universidad ha encontrado que el uso de un electrodo nanoestructurado permite que la carga o descarga se realice hasta 100 veces más rápido de lo habitual. Dos órdenes de magnitud es una diferencia muy grande. Si tenemos, por ejemplo, un automóvil Reva eléctrico (ya comercializado), automóvil que necesita 2 horas y media para cargar sus baterías al 80%, con la nueva tecnología sólo necesitaríamos 15 minutos. Es decir, el tiempo de comprar unas cosillas en la estación de servicio, estirar las piernas, usar lo lavabos o tomarse un café. Naturalmente, en este caso sería necesaria la instalación de una conexión eléctrica de alta potencia, porque por mucho batería de alta tecnología que pongamos esto no podría realizarse en casa (incluso si se vive humanamente en una casa unifamiliar con garaje y no en un nicho, perdón, en un apartamento o piso) debido a la potencia contratada con la compañía eléctrica. Pero un teléfono se podría cargar en cuestión de segundos en un enchufe convencional.
Las baterías convencionales almacenan la energía (química) en algún material, normalmente un compuesto que puede ser un óxido, un fosfato o algún compuesto similar según el tipo batería, material que está pegado a un cátodo métalico que es buen conductor. Como estos compuestos son malos conductores al paso de la corriente, se necesita mucho tiempo para cargar o descargar una batería.
Hasta ahora se ha pretendido solucionar este problema añadiendo materiales que fueran conductores al material que almacena la energía, pero esto reduce la cantidad de energía almacenada a igualdad de peso o volumen, disminuyendo la capacidad de la batería. Paul Braun y sus colaboradores han desarrollado una idea diferente. Han conseguido nanoestructurar el cátodo en forma de una red porosa de tal modo que el material que almacena la energía siempre está a escasa distancia del cátodo. Los electrones no tienen que viajar lejos para ir o venir del cátodo y los procesos de carga y descarga son rápidos. Lo bueno de esta idea es que es independiente del sistema químico que utilice la batería, pues sólo está basado en modificaciones sobre el cátodo y, por tanto, se puede aplicar a muchos tipos de baterías.
Para lograr estas estructuras los investigadores recubren con un conductor (níquel) la superficie de mini esferas de poliestireno (de sólo unos poco cientos de nanometros) que forman un bloque. Luego eliminan el poliestireno y queda una red tridimensional llena de huecos que hace de andamiaje sobre el que se puede depositar el compuesto químico que almacena la energía química. El electrodo obtenido, que hará las veces de cátodo, es una especie de esponja metálica ultraporosa en el que el metal sólo representa el 6% del volumen.
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Batería con cátodo nanoestructurado y esquema del proceso de obtención. Fuente: Braun y colaboradores.
Estos investigadores usaron cátodos construidos de la manera mencionada en baterías de ión-litio y en baterías de hidruro de níquel para comprobar el rendimiento del sistema. Descubrieron que se cargaban entre 10 y 100 veces más rápido de lo habitual y su capacidad aumentaba entre un 10% y un 20%.
Todos los procesos implicados se pueden usar en la industria actual y no habría problema en incorporar pronto estos cátodos en baterías comerciales. Creen que no habrá problema en escalar el sistema hasta mayores tamaños.
Sin embargo, todavía no se sabe durante cuanto tiempo se pueden mantener estas cualidades tan buenas, ni cuantos ciclos de carga puede aguantar.
Copyleft: atribuir con enlace a http://neofronteras.com/?p=3443
Fuentes y referencias:
Nota de prensa.
Artículo original.

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Thalia