Por Brian Dodson
Traducido por Alejandro Ramos de la Peña
¿Sería posible pensar en una batería ecológica-recargable, adecuada para proporcionar energía a vehículos eléctricos y aplicaciones de almacenamiento de energía, y que sobreviviera a miles de ciclos de carga con una vida útil de 100 años sin pérdida de capacidad? Este tipo de batería se ha desarrollado y mejorado recientemente por investigadores de Stanford. Pero, esta batería fue inventada por Thomas Edison en 1901.
La primera era de los coches eléctricos se llevó a cabo aproximadamente entre 1890 y 1930. El primer vehículo eléctrico de Estados Unidos con éxito comercial fue construido por William Morrison, de Des Moines, Iowa en 1891. En 1900, el 28 por ciento de los coches construidos en los EE.UU. fueron eléctricos. En general, estos coches eléctricos tenían motores de baja potencia, un kilovatio o dos en comparación con los 15 kw del Modelo T 1908 de Ford.
Estos mismos fabricantes tuvieron que encontrar una batería recargable para su uso. Inicialmente, la única batería recargable disponible fue la batería de plomo-ácido, inventada en 1859. Las baterías de plomo se utilizaron para almacenar la electricidad en la mayoría de los coches eléctricos hasta el año 1900.
Posiblemente la más popular de estas baterías fue la de níquel-hierro de Thomas Edison. Los puntos fuertes de la batería de níquel-hierro incluían una vida útil prácticamente ilimitada, una composición física y química enormemente resistentes al uso rudo, y un aumento del 42 por ciento en la densidad de energía. Los puntos débiles eran un mayor costo, así como voltaje bajo y velocidad de carga. En combinación, estas debilidades significaban que un grupo de baterías de níquel-hierro tenían casi el doble de peso y de volumen en comparación con las baterías de plomo-ácido del mismo nivel de rendimiento.
La batería de níquel-hierro utilizaba un electrolito de hidróxido de potasio o de sodio y no contiene metales pesados como el plomo. Por lo tanto, no presentan riesgo de derrames de ácido y su construcción y disposición son en gran parte sin daños medioambientales significativos. La densidad del electrolito no cambia con el nivel de carga, ya que este permanece inalterado por la operación de la batería. La química de la batería en una batería de níquel-hierro, tanto durante la carga como descarga, actúa mediante la transferencia de oxígeno desde un electrodo al otro. A este tipo de celdas a veces se les llama celdas oxygenlift, con el voltaje generado por un cambio en el potencial de oxidación entre los electrodos.
Un grupo de investigadores de Stanford han mejorado significativamente el rendimiento de las baterías de níquel-hierro, lo cual puede conducir a nuevas aplicaciones para esta batería. El equipo de Stanford ha creado una batería ultrarrápida de níquel-hierro que puede ser cargada completamente en aproximadamente dos minutos y se descarga en menos de 30 segundos, convirtiendo a la batería en el complemento ideal para las baterías de carga lenta de iones de litio.
Para mejorar el rendimiento de la batería de níquel-hierro, el equipo de Stanford colocó nanocristales de óxido de hierro en hojas de grafeno y nanocristales de hidróxido de níquel en nanotubos de carbono de pared múltiple. Al hacerlo, se produjo una fuerte unión química entre los nanocristales que contienen metales y las nanoestructuras de carbono. El acoplamiento del carbono da una vía de baja resistencia para que las cargas eléctricas puedan moverse entre las nanocristales (donde la actividad de carga y descarga se lleva a cabo) y un dispositivo que esté siendo alimentado por la batería.
Uno de los profesores involucrados en la investigación comenta que, «el resultado es una versión ultrarrápida de la batería de níquel-hierro que es capaz de cargar y descargar en cuestión de segundos.» A diferencia de las baterías de plomo-ácido o las baterías de iones de litio, la batería de níquel-hierro no va a explotar, ni quemarse a tasas altas de carga / descarga.
