Un equipo de investigadores del Laboratorio Nacional Oak Ridge, parte del Departamento de Energía de los Estados Unidos, ha presentado un diseño innovador que podría transformar el almacenamiento de energía. Este nuevo sistema utiliza ionogeles, un material que representa una alternativa más segura y eficiente en la transferencia de carga eléctrica.
La necesidad de sistemas de almacenamiento de energía eficientes se vuelve cada vez más apremiante. A medida que la demanda energética continúa creciendo, la innovación en tecnologías de almacenamiento se vuelve crucial.
El trabajo realizado por el equipo del Laboratorio Nacional Oak Ridge no solo mejora la seguridad y la eficiencia, sino que también ofrece soluciones para sectores como la electrónica de consumo y los dispositivos médicos portátiles.
Mejoras en la seguridad y eficiencia del almacenamiento energético
Los investigadores se han enfocado en superar los desafíos comunes asociados con los sistemas de almacenamiento de energía, tales como la flamabilidad y las cortas vidas útiles.
Para ello, han desarrollado un formato en capas utilizando ionogeles que permiten un flujo de iones más eficiente. Este enfoque combina la flexibilidad de láminas de polímero ultradelgadas con la robustez que proporciona el ionogel, creando membranas capaces de soportar condiciones difíciles.
El papel de los ionogeles en la transferencia de carga
Los ionogeles son materiales que no son completamente líquidos ni sólidos, lo que les permite transportar iones de manera efectiva.
En este contexto, los investigadores han diseñado lo que denominan membranas polielectrolíticas pseudosólidas, construidas mediante la superposición de láminas de polímero con un ionogel que contiene sales de litio y líquidos iónicos. Este sistema no solo mejora el flujo de iones, sino que también incrementa la resistencia mecánica de las membranas, permitiendo un rendimiento óptimo en condiciones de carga y descarga prolongadas.
Desafíos en el uso de litio y soluciones innovadoras
El litio, conocido por su capacidad de almacenamiento energético superior en comparación con los ánodos de carbono, presenta desafíos importantes. Su reactividad con el agua y la tendencia a formar estructuras dañinas conocidas como dendritas son preocupaciones críticas en el diseño de sistemas de almacenamiento. Estas dendritas pueden perforar membranas y causar cortocircuitos, lo que resulta en problemas de seguridad significativos.
Prevención de dendritas y mejora de la durabilidad
Para abordar estos problemas, el equipo de investigación ha creado un diseño de membrana que actúa tanto como electrolito como separador, eliminando la necesidad de un electrolito líquido y, por ende, minimizando la formación de dendritas. Este enfoque no solo fortalece la estructura mecánica de la membrana, sino que también garantiza que mantenga un alto nivel de conductividad. Durante las pruebas de laboratorio, las membranas desarrolladas demostraron un rendimiento constante y eficiente en cientos de ciclos de carga y descarga, incluso en condiciones que normalmente deteriorarían otros sistemas.
El futuro del almacenamiento de energía con automatización
Mirando hacia el futuro, el equipo de Thapaliya planea utilizar la robótica para acelerar la producción de estas membranas. El Laboratorio de Química Autónoma de ORNL podría automatizar el proceso de ensamblaje de gel en capas, permitiendo la creación de estructuras críticas sin intervención humana constante. Esto no solo optimiza la producción, sino que también facilita el desarrollo de soluciones escalables para el almacenamiento de energía comercial.
El objetivo final es llevar esta investigación a un nivel donde se pueda implementar en sistemas de almacenamiento energético comerciales, contribuyendo así a la innovación energética y la competitividad en la manufactura. Este avance, apoyado por el Departamento de Energía de EE. UU. y la Fundación Nacional de Ciencias, podría ser clave para enfrentar algunos de los retos energéticos más apremiantes del mundo actual.
