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Lunes, 18 de Julio de 2016 08:53

La principal alternativa a las bater�as actuales aumenta sus prestaciones con una nueva f�rmula

Antonio Mart�n
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Mar�a Jos� Arag�n, Pedro Lavela y Rafael Klee, en el laboratorio. Mar�a Jos� Arag�n, Pedro Lavela y Rafael Klee, en el laboratorio. A. M.

Investigadores de la Universidad de C�rdoba sintetizan un compuesto que incorpora manganeso y mejora la capacidad para almacenar energ�a en pilas de iones de sodio

La carrera para sustituir las bater�as actuales de ion-litio est� ya en marcha. En una situaci�n avanzada se encuentra una tecnolog�a que no emplea como base este codiciado metal, sino sodio, m�s abundante en la naturaleza y con propiedades interesantes para almacenar energ�a. Investigadores de la Universidad de C�rdoba (UCO) han logrado sintetizar un compuesto que mejora el rendimiento de las celdas experimentales de ion sodio. Lo han hecho al incorporar manganeso, un elemento met�lico que mejora una de las debilidades de estas alternativas basadas en sodio: la capacidad.

En una bater�a se genera una corriente el�ctrica gracias a la existencia de dos polos llamados �nodo y c�todo, que intercambian iones y electrones a trav�s del electr�lito y el circuito, respectivamente. Para incrementar la capacidad de la celda experimental, los cient�ficos de la UCO plantearon un cambio en el material que se emplea como c�todo. En el c�todo se us� una composici�n de vanadio y sodio al que se incorpor� el manganeso. Los investigadores observaron que la velocidad de carga y descarga era superior en varios escenarios. La descarga duraba m�s tiempo y la celda soportaba m�s ciclos de carga y descarga. Para crear una nueva bater�a, es importante que la descarga sea duradera, que se tarde poco en completarla de energ�a de nuevo y que persista mucho tiempo ese ciclo.

En muchas de las bater�as que se emplean en la vida cotidiana, como las de los m�viles, fluyen iones de litio. Los iones de sodio tambi�n pueden cumplir esta funci�n, pero las bater�as resultantes tienen dos r�moras: su capacidad y su voltaje es menor, por lo que la densidad de energ�a resultante es m�s peque�a. �Sin embargo, a favor del sodio juega su disponibilidad: es mil veces m�s abundante en la Tierra que el litio y su manejo es m�s barato�, expresa Jos� Luis Tirado, catedr�tico de Qu�mica Inorg�nica e Ingenier�a Qu�mica e investigador principal del equipo cient�fico. Adem�s de m�s presente en la naturaleza, el sodio est� m�s repartido por el mundo que el litio, que se concentra en pocas regiones de Asia y Sudam�rica, por lo que es un recurso menos susceptible a tensiones econ�micas y geopol�ticas.

Proyecto nacional
A trav�s de un proyecto nacional financiado por el Ministerio de Econom�a y Competitividad y Feder, los qu�micos de la UCO tratan de buscar materiales postl�ticos, esto es, tratan de describir c�mo ser�n las bater�as del futuro que estar�n presentes tanto en los dispositivos el�ctricos que usen los ciudadanos como en sus veh�culos o en sistemas de almacenamiento de energ�a procedentes de fuentes renovables. Estos cient�ficos investigan con sodio, pero tambi�n con otros elementos como el magnesio, el calcio o el aluminio en busca de esa alternativa eficiente. �En estos momentos, el desarrollo con sodio como base est� m�s avanzado y ya existen prototipos industriales que puedan llevar al mercado estas nuevas bater�as en un futuro pr�ximo�, explica Pedro Lavela, responsable de este trabajo.

Incorporar manganeso al compuesto que se ven�a empleando de forma habitual en las bater�as experimentales de iones de sodio (un fosfato de vanadio y sodio) supuso crear un nuevo material de laboratorio. �La s�ntesis se realiz� con diferentes proporciones de manganeso con un m�todo general para comprobar la proporci�n id�nea�, explica Rafael Klee, investigador que est� desarrollando en su tesis doctoral esta alternativa a las bater�as de iones de litio convencionales. Los resultados han sido publicados recientemente en la revista cient�fica Journal of PowerSources.

El manganeso no es t�xico para el ser humano o para el medio ambiente, es relativamente barato y es escalable, explican los cient�ficos, por lo que podr�a resultar �til para la creaci�n de nuevos dispositivos de almacenamiento de energ�a. Los investigadores de la UCO piensan que se podr�a utilizar en sistemas estacionarios como los que permiten guardar la energ�a generada en fuentes renovables, como parques e�licos, que de otra manera se perder�a una vez generada.

Para que el trabajo, de investigaci�n b�sica, tenga repercusi�n en la sociedad es necesario trasladar los resultados a la industria. �Necesitamos empresas en nuestro entorno que apuesten por el desarrollo y aprovechen la investigaci�n realizada para continuar en la creaci�n de nuevas bater�as a una escala industrial�, comenta Lavela. �Ser�a ideal dar con un Elon Musk [inventor y f�sico fundador de Paypal y Tesla Motors, entre otras compa��as]�, a�ade.

Rafael Klee, Pedro Lavela, Mar�a Jos� Arag�n, Ricardo Alc�ntara, Jos� Luis Tirado. �Enhanced high-rate performance of manganese substituted Na3V2(PO4)3/C as cathode for sodium-ion batteries�. Journal of PowerSources 313:73-80 � May 2016 DOI: 10.1016/j.jpowsour.2016.02.066