Page 30

BOT 55

en profundidad batería. Otro de los problemas que presenta son las reacciones secundarias de auto-corrosión en medios alcalinos, que disminuyen el voltaje efectivo de la celda y su capacidad. Estos retos se han afrontado en el proyecto ALPAM por medio de una serie de aproximaciones a nivel de ánodo, cátodo y electrolito a fin de obtener una celda (y por extensión, una batería) plenamente funcional. Para eliminar en lo posible el problema de bloqueo de la superficie con productos de la reacción se recurrió a dos aproximaciones diferentes, por un lado, el ánodo se pintó con una pintura carbonácea que impedía la adherencia de los productos resultantes de la oxidación del aluminio, facilitando el progreso de la reacción en el tiempo. Adicionalmente, se añadió al electrolito un aditivo que captura los productos de reacción, multiplicando hasta por tres los valores de capacidad de la batería. El reto de la auto-corrosión se ha minimizado utilizando medios neutros, en lugar de alcalinos. En medio neutro salino (como es el agua de mar) la auto-corrosión del Aluminio no se da de forma espontánea, pero la contrapartida es una disminución significativa del voltaje de la celda, lo que limita sus aplicaciones. A fin de incrementar el voltaje y minimizar los problemas colaterales, es necesario utilizar aleaciones especificas con elementos dopantes, tales como pueden ser el magnesio, galio, indio o estaño en cantidades específicas. Adicionalmente, el uso de catalizadores desarrollados por Albufera para optimizar la reacción de reducción de oxígeno en el lado del cátodo, permitió disminuir el sobrepotencial asociado a esta reacción, lo que se traduce en un aumento del voltaje global de la celda. Desarrollo del proyecto A lo largo de los 24 meses de vida del proyecto, se fueron ensayando distintos materiales, tanto aleaciones de aluminio para el ánodo, como catalizadores para el cátodo (que favorecen la reacción de reducción del oxígeno en el cátodo) y distintos electrolitos (alcalinos y neutros en diferentes concentraciones), hasta seleccionar la combinación óptima de los mismos. El uso combinado de estas aleaciones fabricadas y seleccionadas “a medida” junto con los catalizadores catódicos han permitido obtener voltajes de celda de en torno a 1,5 V (igual al de las pilas AA que todos utilizamos), con una batería hecha de aluminio y que funciona con agua de mar. Una vez elegidos los materiales y caracterizados a pequeña escala, se construyeron celdas unitarias con voltaje de 1,6 V y capacidad de 10 Ah, lo que supone una potencia de 16 Wh, una imagen de las celdas unitarias se muestra en la figura 3. La fase final del proyecto consistió en el escalado. Partiendo de estas celdas unitarias, se construyó un prototipo de batería mediante el uso de una impresora 3D, que permitía el ajuste y modificación ad hoc de los prototipos en muy corto tiempo. En el prototipo final se colocaron 10 celdas unitarias conectadas en serie, a fin de cumplir con los requerimientos de voltaje especificados. Cabe señalar que, siguiendo criterios de sostenibilidad, la construcción de la carcasa se ha llevado a cabo utilizando materiales biodegradables. El resultado final del proyecto es el prototipo que se presenta en la figura 4. Se trata de una batería de aluminio aire de 10 Ah y 12 V que funciona con agua de mar. La batería está concebida para su transporte y almacenaje en vacío, y ser llenada en el lugar del despliegue del soldado con agua de mar, salina o salobre. Este hecho tiene la ventaja de minimizar el impacto del peso del electrolito (hasta un 60% del peso total de la batería) y elimina problemas de auto-descarga por auto-corrosión cuando no está en funcionamiento. Las características, en cuanto a energía específica y volumétrica del prototipo se detallan a continuación: • Energía (Wh) = 120 Wh • Energía específica: 76 Wh/kg • Densidad energética: 64,2 Wh/l Teniendo en cuenta que una batería de Pb-ácido tiene una energía específica de 33-42Wh/kg y volumétrica de 60 Wh/l podemos decir que se ha logrado fabricar una batería con similares características a la de plomo en términos de densidad energética pero con el triple de energía específica. Por otro lado, al contrario que las baterías de plomo-ácido, no utiliza electrolitos corrosivos (como es el caso del ácido sulfúrico) o inflamables (como las de Li) sino que funciona con un medio neutro y natural como el agua de mar. Otro aspecto ventajoso adicional, es que se puede transportar en vacío y ser llenada de manera segura e inocua en el punto de destino, por lo que la penalización en el transporte en términos de peso de estos dispositivos es mínima. Ciertamente, las tecnologías antes mencionadas son de baterías secundarias, Fig. 3. Fotografía de la celda unidad del prototipo ALPAM. (Fuente: propia). 30 Boletín de Observación Tecnológica en Defensa n.º 55. Tercer y cuarto trimestre 2017


BOT 55
To see the actual publication please follow the link above