La Batería Recargable Fallida de Thomas Edison Podría Tener una Segunda Oportunidad

Estados Unidos - Agencia de Noticias Ekhbary

La Batería Recargable Fallida de Thomas Edison Podría Tener una Segunda Oportunidad

En un desarrollo que podría reescribir capítulos de la historia del almacenamiento eléctrico, un equipo de investigadores de la Universidad de California, Los Ángeles (UCLA) ha desarrollado con éxito un prototipo de batería de níquel-hierro que se remonta a los principios pioneros establecidos por el famoso inventor Thomas Edison. Si bien la visión original de Edison para esta tecnología a principios del siglo XX era alimentar automóviles eléctricos, los investigadores contemporáneos ahora creen que sus conceptos fundamentales son mucho más adecuados para aplicaciones de almacenamiento de energía renovable, como instalaciones de energía solar y eólica.

El estudio, publicado recientemente en la revista científica 'Small', detalla un innovador prototipo de batería capaz de recargarse en cuestión de segundos y de soportar más de 12.000 ciclos de carga y descarga. Esta notable durabilidad equivale a aproximadamente 30 años de uso diario intensivo, lo que sugiere una vida útil excepcionalmente larga para esta tecnología reimaginada. Este avance refleja una comprensión más profunda de cómo aprovechar los principios químicos a nanoescala para obtener un rendimiento superior.

El concepto de energía eléctrica recargable no era del todo nuevo en la época de Edison. Para 1900, los coches híbridos eléctricos superaban en número a los vehículos de gasolina en las carreteras de Estados Unidos. En 1901, Edison patentó con éxito una batería automotriz de plomo-ácido funcional que casi impulsó el siglo XX por un camino completamente diferente. Sin embargo, las baterías de Edison enfrentaron obstáculos significativos, incluidos los altos costos y una autonomía limitada de solo 30 millas, lo que finalmente las hizo perder frente al motor de combustión interna antes de que Edison pudiera realizar completamente su visión de un exitoso sucesor de batería de níquel-hierro.

Hoy en día, la energía renovable se ha convertido en la piedra angular de la combinación energética mundial, tras más de un siglo de innovación continua y ante la creciente conciencia de las graves consecuencias de los combustibles fósiles. Si bien la mayoría de las personas hoy en día están familiarizadas con las baterías recargables de iones de litio, el concepto de níquel-hierro de Edison no ha desaparecido por completo. Los ingenieros de UCLA reconocen que, si bien esta tecnología puede no ser directamente adecuada para aplicaciones de transporte, muestra un gran potencial para su uso en infraestructuras energéticas, como parques solares y instalaciones de almacenamiento de energía a gran escala.

El Dr. Maher El-Kady, coautor del estudio, explica que los principios subyacentes de esta tecnología, a pesar de depender de enlaces a nivel atómico y de ingeniería a nanoescala, son sorprendentemente fáciles de comprender. "La gente a menudo piensa que las herramientas modernas de nanotecnología son complicadas y de alta tecnología, pero nuestro enfoque es sorprendentemente simple y directo", declaró en un reciente perfil de UCLA.

El equipo de El-Kady se inspiró en dos fuentes principales: la química fundamental y la anatomía esquelética. La formación de los huesos de los vertebrados y las conchas, por ejemplo, implica la utilización de proteínas específicas como marco para construir compuestos a base de calcio. "La deposición de minerales de la manera correcta construye huesos que son fuertes, pero lo suficientemente flexibles como para no ser quebradizos. Cómo se hace es casi tan importante como el material utilizado, y las proteínas guían su colocación", explica el Dr. Ric Kaner, científico de materiales y coautor del estudio.

El-Kady y Kaner exploraron la posibilidad de adaptar este sistema biológico sustituyendo el calcio por níquel y hierro. Para el componente proteico, utilizaron subproductos del procesamiento de la carne de res, impregnándolos con óxido de grafeno, una lámina de carbono y oxígeno de un átomo de espesor. Al final, lograron cultivar una estructura proteica plegada, llena de átomos de níquel cargados positivamente y átomos de hierro cargados negativamente. Estas estructuras, de menos de cinco nanómetros de ancho, requerirían de 10.000 a 20.000 clústeres para alcanzar el ancho de un cabello humano.

Los átomos de oxígeno del óxido de grafeno suelen actuar como aislantes, lo que podría dificultar la eficiencia de la batería. Sin embargo, el equipo ideó una solución. Al colocar su creación en agua sobrecalentada, las altas temperaturas convirtieron las proteínas en carbono mientras eliminaban todo el oxígeno. Simultáneamente, estos clústeres metálicos se integraron aún más en las estructuras. El resultado fue un aerogel compuesto por casi el 99% de aire en volumen. A partir de ahí, entran en juego las sorprendentes dinámicas de la superficie.

"A medida que pasamos de partículas más grandes a estos nanoclústeres extremadamente pequeños, el área de la superficie aumenta drásticamente. Esa es una gran ventaja para las baterías", explicó El-Kady. "Cuando las partículas son tan pequeñas, casi cada átomo puede participar en la reacción. Por lo tanto, la carga y la descarga ocurren mucho más rápido, puede almacenar más carga y toda la batería funciona de manera más eficiente."

Si bien la batería de aerogel de níquel-hierro de El-Kady actualmente no se acerca a la capacidad de almacenamiento de las alternativas de iones de litio, lo que la hace inadecuada para vehículos eléctricos, su importancia va más allá de ser un simple experimento químico. La carga rápida, la longevidad y la alta salida de la batería de níquel-hierro sugieren que podría funcionar bien en parques solares. La batería podría almacenar fácil y rápidamente el exceso de electricidad durante el día, y luego transferir esa energía a la red por la noche. Además, podría servir como una fuente de energía de respaldo vital para centros de datos que consumen mucha energía.

Aunque el renacimiento de las baterías de níquel-hierro de Edison aún se encuentra en sus primeras etapas, la ciencia y la experiencia en ingeniería están firmemente establecidas. Lo que es más importante, esta tecnología evita por completo la dependencia de los metales de tierras raras característica de las baterías de iones de litio.

"Simplemente estamos mezclando ingredientes comunes, aplicando pasos de calentamiento suaves y utilizando materias primas ampliamente disponibles", concluyó El-Kady. Estas declaraciones abren la puerta a un futuro prometedor para el almacenamiento de energía, donde las innovaciones inspiradas en el pasado juegan un papel crucial para abordar los desafíos actuales y futuros.

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