Coches

Seguramente ya ha llegado a muchos de vosotros la noticia de una empresa israelí que ha desarrolladoun sistema de baterías que funciona con agua y aire. La empresa es Phinergy, radicada en Israel, y a partir de una demostración a un periodista de la cadena Bloomberg la noticia ha empezado a correr por los medios de comunicación y las redes sociales.

En el vídeo se explica como el coche funciona con una batería de litio, que se puede recarga en un enchufe normal, pero que a su vez esta alimentada por la batería de metal-aire. Visto así podríamos imaginarnos que estamos ante un coche eléctrico con extensor de autonomía, como el Ampera, solo que en este caso el extensor es otra batería, nada de petroleo, nada de emisiones. Aseguran que esta batería permite recorrer 1600 kilómetros y solo necesitan de agua. Correcto. Pero no es tan ideal como parece.¿Dónde está el truco?

El truco esta en lo que no se dice y en como se explican las cosas. Veamos, la compañía asegura que “con esta batería se puede recorrer 1600 kilómetros solo recargando agua“. Pero también podría decirlo de este otro modo; “con esta batería sólo se pueden recorrer 1600 kilómetros y tendremos que recargar de vez en cuando agua“. ¿ Notáis la diferencia? Igual explicando la tecnología de las baterías de Phinergy se entiende un poco mejor.

Se trata de baterías de metal-aire que obtienen su energía a partir de la oxidación del metal. Estas baterías no son nada nuevo, se conocen desde Edison y han sido utilizadas por ejércitos en el pasado debido a su bajo peso y gran capacidad. Las que usan en el prototipo del vídeo son de aluminio. El aluminio se oxida formando hidróxido de aluminio y generando la corriente. El agua es necesaria para la reacción:

4Al + 3O₂ + 6H₂O → 4Al(OH)₃

Pero esta reacción no es reversible. El ánodo de aluminio se va disolviendo y formado depósitos de óxido. Phinergy dice haber mejorado el sistema con una membrana que maximiza la utilización del metal, consiguiendo hasta 32 kilómetros por cada placa de medio kilo. Con 50 placas, 25 kilos, podremos recorrer 1600 kilómetros.

Hay estudios que otorgan a las baterías de aluminio-aire tiene una energía específica de 1300 Wh/kg, unas 10 veces más que las de ion-litio, pero en este cálculo no se tiene en cuenta el peso del agua, lo cual se dice que rebaja la energía especifica a unos 470 Wh/kg en los usos que han recibido estas baterías en el pasado.

En el prototipo israelí el agua se recarga cada “unos cientos de millas”, lo que quiere decir que aproximadamente cada 300 kilómetros hay que parar y recargar. A efectos prácticos ésta es la autonomía real de este coche, 300 kilómetros.

Aun así no está mal, solo paramos para recargar agua, que es barata, y tal vez con un deposito de agua podríamos aprovechar más la batería. Pero entonces llegaríamos a los 1600 kilómetros y tendríamos que cambiar todas las placas de aluminio, o probablemente sería más práctico cambiar toda la batería. Solo el precio del aluminio sería unos 75 euros.

Otro problema puede ser el volumen necesario para una batería así una vez integrada en el coche. Como vemos en el vídeo la rudimentaria batería ocupa todo el maletero y aun carece de una estructura segura y un sistema de acondicionamiento.

Por último, la huella ecológica. Sabemos que fabricar baterías de litio y transportarlas no es trivial. A pesar de que los coches eléctricos no emiten gases todos estos procesos suponen un gasto energético que va asociado a una contaminación. Pero una batería de ion-litio tiene una vida estimada de 1000 ciclos y recorrerá muchos más de 100 000 km antes de ser cambiada. La de aluminio solo sirve para 1600 km.

La esperanza que nos queda es que Phinergy dice estar trabajando en una batería de Zinc-aire que se puede recargar enchufándola a la corriente eléctrica, lo cual ya se está estudiando por otros grupos y si no es en coches puede ser útil para redes energéticas inteligentes o para mover vehículos más voluminosos.

Baterías de Cinc-Aire

No es nada nuevo que las baterías de Zinc-Aire almacenan un 300% más de energía, son más ligeras y tienen un coste muy inferior a las baterías de Litio. Pero si es nuevo el hecho de que los laboratorios Suizos de Revolt Technology no sólo han conseguido ya que estas baterías no sean de un uso, sino que además no pierden sus propiedades físicas ni químicas.

Dos configuraciones habituales son utilizar como electrodo la plata (que resulta muy cara) y el aire, que utiliza el oxígeno para generar la corriente eléctrica y hasta ahora se consideraban baterías primarias o de un solo ciclo, es decir, no podían recargarse. Sin embargo la empresa suiza ReVolt Technology ha desarrollado un tipo de batería Zinc-Aire que puede recargarse con facilidad, lo que convierte este tipo de pilas, por primera vez, en adecuadas para ser utilizadas en vehículos eléctricos.

La batería consta de un electrodo de aire, un electrolito y un electrodo de zinc. Cuando la batería se descarga el oxígeno del aire, con ayuda del catalizador, produce iones que oxidan el zinc, proceso que libera electrones y produce la corriente eléctrica. Para recargar la batería se invierte el proceso, liberando oxígeno en el electrodo de aire.

Según ReVolt su modelo aguanta sin degradarse hasta 500 ciclos de carga( el litio se degrada desde el primer día), aunque esperan que alcancen los 10.000 ciclos, teniendo en cuenta que además duran varias veces más que las convencionales.

A diferencia de las baterías de ion de litio éstas pueden repararse si alguno de los componentes se daña o falla y además no contienen materiales volátiles, por lo que no pueden arder ni explotar. ReVolt también confía en poder ofrecerlas a un precio muy inferior a las actuales.

Mientras los avances en las baterías de litio continúan ofreciendo mejoras tanto en seguridad como en capacidad, la autentica revolución en las baterías, y por lo tanto en los coches eléctricos, puede venir de la mano de otra tecnología.

Las baterías de zinc-aire son una opción atractiva por su bajo precio y su gran capacidad teórica, pero es necesario conseguir que sean recargables y duraderas para que revolucionen el mundo de las baterías. La Universidad de Stanford ha presentado resultados de lo que podría ser la configuración adecuada para conseguirlo, sin utilizar metales preciosos y con más de 700 Wh/kg de capacidad.

Mientras las baterías de ion-litio acaparan nuestra atención, la investigación continua en torno a las baterías de metal-aire, en empresas como EOS, la recientemente cerrada ReVolt, o en laboratorios de investigación.

Las baterías de zinc-aire obtienen la energía a base de oxidar el zinc con el oxigeno del aire. El problema de este tipo de baterías es que no suelen ser recargables y cuando lo son requieren de caros electrodos de platino o iridio que acaban degradándose con rapidez.

Investigadores de Stanford han desarrollado una batería de zinc-aire usando materiales mucho más baratos para la fabricación de sus electrodos y con unos resultados muy prometedores. Según la publicación en la revista Nature Communications lo han conseguido usando una combinacion denanotubos con óxido de cobalto para el ánodo y de nanotubos, hierro y níquel para el cátodo.

La importancia de este trabajo recae precisamente en la naturaleza y el rendimiento de estos electrodos, que mejoran las prestaciones de los habitualmente utilizados en este tipo de baterías, sin sufrir apenas desgaste durante su uso, hasta el punto que pueden ser reutilizados, y que son mucho más económicosal no estar compuestos de metales preciosos como el platino o el iridio.

Pero además se trata de una configuración diferente, en la que la batería dispone de 3 electrodos en vez de dos. Una configuración que ayuda a mejorar el comportamiento de la pila pero que le otorga un mayor volumen, a pesar de lo cual alcanza una densidad energética por encima del doble que las actuales de ion-litio.

Lo que no deja muy claro el artículo es la frecuencia con la que debe rellenarse el electrolito ni la durabilidad de la pila, pero por los datos aportados en cuanto a densidad energética y la energía específica, parece estar muy por encima de lo visto anteriormente. Habrá que esperar más detalles para saber si se trata de la próxima generación de baterías.

Una joven empresa de Montana, ZAF Energy Systems, asegura haber encontrado la solución para recargar baterías de zinc-aire y ha presentado un prototipo capaz de almacenar el doble de energía que las actuales baterías de ion litio. El nuevo producto tiene potencial para llegar al mercado de la electrónica en tan solo un año.

Con estas baterías de zinc-aire ZAF Energy Systems podría revolucionar el mercado de los coches eléctricos ya que, según sus inventores, costarían tan solo un tercio del precio de las actuales baterías de ion litio. ZAF está lista para vender la licencia de su prometedora tecnología.

Las baterías de zinc-aire tienen como principal ventaja el relativamente bajo precio del material activo, disponible en abundancia y fácil de obtener en comparación al litio de las baterías usadas hoy en día en los vehículos eléctricos. Otra forma de verlo es la del presidente de la compañía, que puntualiza que “no ha habido nunca guerras por el zinc”, probablemente refiriéndose al conflicto de Afganistán. Así no es de extrañar que la empresa ZAF Energy Systems no tenga subvenciones del gobierno, lo que la hace una empresa solvente y sin deudas.

Además de su precio otra ventaja de las baterías de zinc-aire es que son mucho más ligeras, principalmente porque carecen de cátodo, que es el aire. También son más seguras, ya que no contienen un electrolito inflamables y por último sus materiales son más fáciles de reciclar que las de ion litio.

Otras empresas también han asegurado anteriormente haber obtenido buenos resultados con este tipo de baterías, pero lo cierto es que actualmente no están disponibles en el mercado. Los principales problemas que rodean a este tipo de tecnología son varios. Por un lado necesita que el suministro de aire sea estable, también que el electrodo de zinc no se oxide cuando no se usa la batería (autodescarga) y debe poder reducirse para ser recargable. Por último, el electrolito no debe evaporarse ni reaccionar con contaminantes del aire, como puede ser simplemente el CO2.

Y esto es lo que dicen haber logrado en ZAF usando un nuevo electrolito sólido polimérico. Con este lograron fabricar un prototipo que alcanzaba los 400 Wh/kg, el doble que las baterías convencionales de ion litio. El electrolito de polímero es capaz de conducir los iones a la vez que consigue filtrar el oxigeno del aire, limitando la cantidad de este que alcanza el ánodo y aumentado así la vida de las baterías de zinc-aire, habiendo superado ya las 500 recargas con dicho prototipo.

El equipo de ZAF tiene muy en mente el uso de estas baterías como acumuladores en coches eléctricos, ya que su director, Ron Brost, tiene una larga experiencia en el sector, habiendo colaborado con Ford Motors y Coda Automotive. Según Brost con una batería que pueda cubrir con una carga 800 kilómetros y capaz de recargarse 500 veces se podrían recorrer 400.000 kilómetros con la misma batería. Sin olvidar que reemplazarla no sería tan costoso como con las baterías de ion litio actuales.

La batería ya ha sido verificada por otros laboratorios, entre ellos la Universidad de Tennessee Knoxville y el Oak Ridge National Labs, que aseguran que el rendimiento del prototipo de zinc-aire es el reportado por ZAF, aunque dejan sin aclarar detalles como la eficiencia de las celdas, que por lo general en este tipo de tecnología ronda el 50%.

La empresa de Montana no fabricará las baterías, aunque ya dispone de una unidad de almacenamiento de energía para hogares y un prototipo plano y flexible para móviles. La idea de ZAF systems es vender la licencia a otras empresas de modo que se pueda acelerar su llegada al mercado, que según Brost podría ser de un año para pequeños aparatos electrónicos y de 3 a 5 años para los vehículos eléctricos.