en profundidad por explosión e incendio, como recientemente se ha puesto de manifiesto con las baterías de uno de los últimos lanzamientos de la compañía coreana Samsung que tuvo que ser rápidamente retirado del mercado 1 y le supuso a la compañía unas pérdidas millonarias en el último trimestre de 2016 2. Es evidente, por tanto, que es necesario presentar alternativas a estas tecnologías tradicionales de baterías, preferentemente haciendo uso de materiales más baratos, más respetuosos con el medio ambiente y que no presenten, en lo posible, problemas de seguridad. Dentro de la panoplia de tecnologías que se están postulando como alternativa destacamos las baterías de metal-aire. La característica principal de este tipo de baterías, es que uno de los reactivos es el oxígeno, procedente del aire, y que reacciona sólo cuando la batería está en uso, por lo que se les ha llegado a denominar “baterías que respiran”. En esta familia se incluyen baterías ya en el mercado como las de zinc-aire (ampliamente implantada en el sector de los audífonos), mientras que otras alternativas se encuentran aún en fase de investigación y desarrollo, como son las de litio-aire y más recientemente las de aluminio-aire. Otro de los factores a tener en cuenta, cómo no, es la disponibilidad de las materias primas. El incremento exponencial en el uso de las baterías para su uso en dispositivos portátiles así como el aumento en la cuota de mercado de los vehículos eléctricos, está haciendo aumentar la presión en los productores de materias primas, especialmente en las minas de Litio. Las mayores reservas mundiales de este metal se encuentran en el denominado “triángulo del litio”, que es la zona geográfica ubicada en el límite entr e Argentina, Bolivia y Chile, y donde se concentra hasta un 85% de dichas reservas. El aluminio, por el contrario, se encuentra repartido por toda la corteza terrestre siendo una industria ampliamente implantada en muchos sectores (desde latas de bebida a piezas mecanizadas) y su explotación está, por tanto, menos expuesta a factores geopolíticos. Conocedores y conscientes de los retos tecnológicos anteriormente Fig. 2. Samsung Galaxy Note 7 quemado. (Fuente: REDDIT / CRUSHADER). descritos, y con la pretensión de ser parte de su solución, en 2013 nació Albufera Energy Storage. Albufera Energy Storage es una empresa de base tecnológica que se creó con el objetivo del desarrollo de nuevas tecnologías de almacenamiento energético basadas en el aluminio En esta misma línea en 2015, Albufera Energy Storage presentó, en el marco del programa COINCIDENTE, el proyecto ALPAM con el objetivo de diseñar, desarrollar, producir y validar un dispositivo portátil de almacenamiento de electricidad primario basado en la tecnología electroquímica de aluminio-aire. Fundamentos generales de baterías Toda batería consta de tres elementos constituyentes, ánodo, cátodo y electrolito. La elección de los materiales que conforman estos elementos va a determinar las propiedades de la batería resultante, en términos de capacidad y voltaje, o lo que es lo mismo, sus características finales de las que va a depender su aplicación. El ánodo es el material que se oxida y consume en las baterías primarias; el cátodo es el material en el que se produce la reacción complementaria de reducción y el electrolito es el medio que permite la reacción dado que facilita el transporte de cargas entre los electrodos. En concreto, en el caso de las baterías de aluminio-aire desarrolladas en el marco del proyecto ALPAM, tendríamos: • Ánodo: en una batería de aluminio aire, el ánodo está hecho de Aluminio, que es el segundo elemento más abundante en la corteza terrestre, barato e inocuo. Es además un material con plena implantación en la industria y altamente reciclable. • Cátodo: En una batería de metal aire, el elemento que reacciona en el cátodo es el oxígeno del aire, se consume en la reacción pero no forma parte de la batería puesto que entra a través de una membrana cuando la batería está en funcionamiento, por tanto no aporta peso extra al dispositivo. • Electrolito: en el proyecto ALPAM el objetivo ha sido utilizar un electrolito barato y disponible para el soldado y por ello se ha escogido un medio salino neutro o lo que es lo mismo, agua de mar. En la figura 1 se presenta un esquema de funcionamiento de una celda de metal-aire. La combinación de los tres elementos constituyentes nos da una batería, fiable, barata y respetuosa con el medio ambiente, dado el bajo impacto medioambiental de cada uno de ellos y su combinación. Aluminio-aire: retos y soluciones Las baterías de Aluminio–aire se han venido desarrollando en los últimos años y ha sido incluso empleadas en algunos dispositivos demostrativos, incluido un coche eléctrico por parte de la empresa israelí Phynergy 3 aunque sin una comercialización masiva debido a algunos retos técnicos aún pendientes de solucionar. Estos retos técnicos conciernen en gran medida a los materiales antes mencionados. El aluminio presenta, como hemos comentado, múltiples ventajas socio-económicas y de disponibilidad, es barato y abundante y no repercute negativamente en el medioambiente pero, en contrapartida, presenta algunas características que han venido impidiendo su uso como ánodo en baterías. Uno de estos inconvenientes es que se forma una capa de productos de reacción, que recubre la superficie del ánodo a medida que la batería se descarga, limitando el progreso de la reacción de oxidación, lo que en última instancia genera la muerte prematura de la Boletín de Observación Tecnológica en Defensa n.º 55. Tercer y cuarto trimestre 2017 29
BOT 55
To see the actual publication please follow the link above