Último análisis del desarrollo de la batería de aluminio-aire
Las baterías de plomo-ácido, compuestas por plomo, óxido de plomo y ácido sulfúrico, son desde hace tiempo la principal tecnología de baterías electroquímicas recargables y se utilizan ampliamente en la industria del automóvil. La expansión de la generación de energía solar y eólica en los últimos años ha creado la necesidad de tecnologías de almacenamiento de energía a gran escala. Se han realizado varios avances en las tecnologías de almacenamiento electroquímico de energía para aplicaciones estacionarias a escala de red.
La batería de aluminio-aire es una tecnología de baterías barata, ligera y potente. El oxígeno del aire reacciona con el aluminio para crear una carga eléctrica que genera electricidad que se utiliza para propulsar turismos.
Algunas tecnologías de baterías electroquímicas a gran escala ya funcionan dentro de contenedores. Es el caso de la tecnología de baterías de aluminio-aire de Israel, que puede almacenar 4.800 kWh y suministrar una potencia constante de 240 kW (320 CV) en un contenedor estándar de 20 pies. Con el mismo peso y volumen, la batería de aluminio-aire puede almacenar más energía que las tecnologías de flujo de vanadio, metal líquido o zinc-bromo-gel.
Principio de funcionamiento de la batería de aluminio-aire
La estructura de una batería de corriente continua consta de un ánodo y un cátodo. El ánodo suele representar 70% del peso de la batería, mientras que el cátodo supone unas 5% del peso total. La batería de aluminio-aire consiste en un ánodo de aluminio puro ligero combinado con un cátodo de aire. La combinación de peso ligero y química le permite ofrecer una densidad energética tres veces superior a la de las baterías de iones de litio, más caras.
Las pilas de aluminio-aire generan hidróxido de aluminio, concretamente Al(OH)3 o H3AlO3, durante su uso. Las pilas de aluminio-aire no son recargables, pero son totalmente reciclables. Cuando la pila de aluminio-aire se agota, existen varios métodos químicos para extraer aluminio puro del hidróxido de aluminio, lo que permite el reciclaje continuo de la pila de aluminio-aire.
En este proceso, la reacción química de la pila de aluminio-aire es similar a la de la pila de zinc-aire. La pila de aluminio-aire utiliza aluminio Al de alta pureza (que contiene aluminio 99,99%) como electrodo negativo y oxígeno como electrodo positivo, y utiliza hidróxido de potasio (KOH) o solución acuosa de hidróxido de sodio ( NaOH) como electrolito.
El aluminio absorbe el oxígeno del aire y, al descargarse la batería, se produce una reacción química que convierte el aluminio y el oxígeno en óxido de aluminio.
El coste y la reciclabilidad de las baterías de aluminio-aire las hacen competitivas frente a las de iones de litio, que son las las mejores pilas recargables. La batería de aire de aluminio de contenedor agrupado puede funcionar con salida estable durante un período de tiempo más largo.
En las operaciones en alta mar, los contenedores de baterías deben utilizarse, instalarse y sustituirse con rapidez y facilidad, lo que permite utilizar baterías neumáticas de aluminio para remolcadores y barcazas que prestan servicios en el interior y en la costa.
Ventajas y desventajas de la batería de aluminio-aire
Las ventajas de la batería de aluminio-aire se reflejan principalmente en los siguientes aspectos:
- Alta energía específica, la energía específica teórica de la batería de aluminio-aire puede alcanzar los 8100Wh/kg;
- Peso ligero, la masa total de la batería de aluminio-aire con la misma energía es sólo 12% de la masa de la batería de plomo-ácido;
- No es tóxico ni peligroso, se puede reciclar y utilizar;
- Las materias primas del aluminio son abundantes.
Las desventajas de la batería de aire de aluminio también son evidentes:
- Es un dispositivo de reacción química que libera energía eléctrica. No puede recargarse repetidamente, y es necesario sustituir el electrodo de aluminio para que siga funcionando;
- Aunque la pila de aluminio-aire contiene una elevada energía específica, la potencia específica es baja;
- La velocidad de carga y descarga es relativamente lenta, la tensión se retrasa y la tasa de autodescarga es relativamente grande;
- Se necesita un sistema de gestión térmica para evitar el sobrecalentamiento de la batería de aluminio-aire durante el funcionamiento.
La perspectiva de la batería de aire de aluminio
La batería de aluminio-aire de China se está desarrollando muy rápidamente, pero siempre hay algunos obstáculos.
En primer lugar, no se ha logrado ningún avance en tecnologías clave. Problemas como la polarización del electrodo de aire y la precipitación de hidróxido de aluminio son obstáculos importantes que afectan a la comercialización de las pilas de metal-aire. La mejora del rendimiento de las pilas de aluminio-aire se ha topado con un gran cuello de botella, y sigue en el laboratorio.
En segundo lugar, China aún no reúne las condiciones necesarias para comercializar baterías de aluminio-aire. En la actualidad, hay relativamente pocas empresas que fabrican baterías de aluminio-aire en China, y estas empresas no pueden apoyar a toda la cadena industrial en absoluto.
El uso de pilas de aluminio-aire en turismos es sólo el principio. Dado que las pilas de aluminio-aire pueden generar enormes cantidades de energía, se abre un abanico más amplio de usos para ellas. Aluminio-aire batería también puede utilizarse en sectores como el marítimo, por ejemplo en portacontenedores y cruceros, equipos de apoyo en tierra en aeropuertos y como fuente de energía para microrredes rurales.
La batería de aire de aluminio también puede utilizarse para el transporte y la alimentación de redes locales, proporcionando servicios modernos de comunicaciones, escuelas e instalaciones médicas en zonas remotas.
Resumen
De momento sigue siendo una pila no recargable. El voltaje de cada pila es de 1,2 voltios. El principio es utilizar el oxígeno de la atmósfera para generar electricidad por reacción química con el aluminio. El altísimo nivel de densidad energética de kg, tras las pruebas reales, su eficiencia de combustible equivalente ha alcanzado 15%, lo que equivale a 13% de los vehículos con motor de combustión interna.
Esta ventaja ha hecho que sea la primera en aplicarse al ámbito militar. Por ejemplo, algunos medidores que son inconvenientes para desmontar y reemplazar la batería con frecuencia, o la fuente de alimentación de reserva de radar o radar, se utilizará la batería de aire de aluminio.
Aunque la batería de aluminio-aire tiene muchas propiedades buenas, aún quedan problemas por resolver antes de que se popularicen las aplicaciones comerciales a gran escala. Por ejemplo, el ánodo de aluminio puro se corroe fácilmente con el electrolito, y la alúmina hidratada tras la reacción de los iones de aluminio formará una sustancia gelatinosa y reducirá la potencia de salida.
Aún se está estudiando el material ideal para el cátodo. Por ejemplo, instituciones italianas de investigación científica han presentado patentes de baterías de aluminio-vidrio, así como de aluminio-azufre.
