tecnologías emergentes Baterías aluminio-aire recargables para el combatiente futuro Enrique Garcia-Quismondo, Raúl Marcilla, Jesús Palma, Instituto IMDEA Energía. Pedro Rodriguez , Jaime Chacon, Albufera Energy Storage. Palabras clave: baterías, combatiente, aluminio-aire Metas Tecnológicas relacionadas: MT 4.3.4. Motivación En los últimos años se ha producido un aumento de la energía eléctrica que requieren los soldados a cau-sa de la integración de sistemas de información y comunicación en el campo de batalla (terminal de radio, ordenador portátil, PDA) y debido a la sustitución de funciones mecáni-cas por eléctricas para incrementar la seguridad (alarmas, sensores). Todos estos dispositivos precisan de un sis-tema de almacenamiento de energía portátil y fiable que no presente un gran impacto en la carga del soldado desde el punto de vista del peso y el volumen del dispositivo de almacena-miento requerido. Hasta ahora la tecnología de ion-litio constituía la opción más adecuada para este tipo de aplicaciones a cau-sa de su buena reversibilidad durante los procesos de carga-descarga así como su bajo peso. Sin embargo, su-poniendo que para una misión típica de 72 horas un soldado debe reque-rir aproximadamente 1.500 Wh, en el caso de las baterías de ion -litio se requeriría alrededor de 13 kg de ba-terías, lo cual representa casi un 40% del peso total del equipo que actual-mente llevan los soldados españoles. Necesidad Con la intención de reducir el peso del equipamiento en los últimos años se ha llevado a cabo un notable es-fuerzo en investigación y desarrollo para mejorar las propiedades de las baterías de ion-litio. Sin embargo, sus prestaciones de densidad de energía, actualmente alrededor de 110 Wh/ kg, no resultan suficientes para cum-plir con las funciones requeridas por el combatiente del futuro. Por lo tanto, es necesario el desarrollo de sistemas de almacenamiento de ener-gía alternativos que supongan un sal-to cualitativo en términos de densidad de energía. En la figura 1 se muestran las densidades de energía prácticas de diferentes tipos de baterías recar-gables. A partir de la misma se puede observar que las baterías de metal-ai-re representan un avance sustancial en la capacidad de almacenamiento de energía. Las baterías de metal-aire están constituidas por un metal ligero y fuertemente reductor (electrodo ne-gativo), y por una estructura carbo-nosa donde reacciona el oxígeno del aire (electrodo positivo). El electro-lito, que tiene la función de permitir la conducción eléctrica, se sitúa en medio de ambos electrodos y puede estar en forma líquida o absorbido en una membrana que además tiene la función de evitar el contacto entre los electrodos. El hecho de conformar el electrodo positivo con carbón y aire proporciona a estas baterías una gran capacidad específica, lo que significa que se puede almacenar significati-vamente más energía por kilogramo de peso que en las baterías conven-cionales. A lo largo de los años se han evaluado diferentes materiales metálicos en sis-temas no recargables, como el Zn-ai-re, el Mg-aire, el Al-aire y sobre todo el Li-aire, pero las principales dificul-tades radican en (a) convertirlos en sistemas recargables eléctricamente debido a los problemas de irreversibi-lidad de las dos semirreacciones im-plicadas: la del metal Me/Men+ y la del O2/O2-, y (b) desarrollar nuevos mate-riales de membrana para proteger el electrolito que puede degradarse al contacto con el vapor de agua y el dióxido de carbono de la atmósfera. El proyecto La compañía Albufera Energy Storage acaba de comenzar un programa de cinco años para desarrollar y comer-cializar un sistema electroquímico de almacenamiento energético, basado en el concepto de batería recargable metal-aire que cumpla con la mayor parte de los requisitos para el siste-ma de almacenamiento de energía del combatiente del futuro, como una energía específica superior 300 Wh/ kg, más de 300 ciclos de durabilidad, rango de temperatura de operación ampliado y capacidad de recarga eléctrica rápida o bien de reemplazo. Todo bajo mejores condiciones de se-guridad que las actuales tecnologías de litio. Esta empresa española es la primera dedicada al desarrollo y comercializa-ción de esta prometedora tecnología Fig. 1. Densidades de energía de varios tipos de baterías recargables. (Fuente: IMDEA Energía). 22 Boletín de Observación Tecnológica en Defensa n.º 40. Tercer trimestre 2013
BOLETIN OBSERVACION TECNOLOGICA DEFENSA 40
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