Actualmente, la mayoría de las baterías contienen materiales peligrosos lo que las convierte en potenciales fuentes de contaminación para el medio ambiente cuando se desechan en vertederos o en otros lugares al finalizar su vida útil. Los materiales como el plomo, el cadmio y el mercurio pueden envenenar a personas y animales y contaminar los suelos y el agua, permaneciendo activos durante mucho tiempo.
Las baterías de aluminio se basan en la reacción electroquímica entre el aluminio y otro material, generalmente un electrolito, para generar electricidad. En su arquitectura, el aluminio se utiliza como ánodo (electrodo negativo), donde ocurre la oxidación. El cátodo (electrodo positivo) puede variar dependiendo del tipo de batería. Durante la descarga de la batería, los iones de aluminio se disuelven en el electrolito y se mueven hacia el cátodo, liberando electrones en el proceso. Estos son aprovechados para crear una corriente eléctrica que alimenta dispositivos. Durante la carga, el proceso se invierte y los iones de aluminio se depositan nuevamente en el ánodo.
Científicos australianos y chinos esperan fabricar la primera batería de radicales acuosos de aluminio no tóxica.
En un artículo publicado por el Journal of American Chemistry, la revista de la Sociedad Química Americana, dos equipos de investigadores, uno de la Universidad de Flinders, en Australia, y otro de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Zhejiang, en China, explican las primeras etapas del desarrollo de una batería de radicales de aluminio acuosa que no contiene productos tóxicos, es muy segura y, además, extremadamente eficiente.
Kai Zhang, de la Universidad de Ciencia de Zhejiang, en colaboración con el laboratorio de investigación de Jia en Flinders, estudia la electroquímica de los radicales estables con los que se realizan las pruebas. Afirma que, “en particular, las baterías de iones de aluminio (AIB) atraen gran atención porque el aluminio es el tercer elemento más abundante en la naturaleza (8,1%), lo que convierte a estas baterías en un sistema de almacenamiento de energía potencialmente sostenible y de bajo coste”.
Sin embargo, uno de sus principales desafíos para las AIB actuales es el lento movimiento de los complejos de iones Al3+, lo que conduce a bajas eficiencias energética.
Para abordar este problema en el transporte de iones, frecuentemente se utilizan nuevos tipos de cátodos con los que, hasta ahora, no se ha solucionado el problema del bajo rendimiento en la salida del voltaje de las baterías.
El equipo desarrolló el primer prototipo de radicales de aluminio que utilizan electrolitos a base de agua, ignífugos y estables al aire. Capaces, además, de brindar una salida de voltaje estable de 1,25 V y una capacidad de 110 mAh/gr, soportando 800 ciclos de carga y descarga, con una pérdida energética de tan solo un 0,028% en cada ciclo.
El equipo espera poder utilizar materiales biodegradables para el desarrollo de baterías blandas en el futuro para que el producto sea seguro y sostenible. Según afirman, las baterías de iones metálicos multivalentes, (Al3+, Zn2+ o Mg2+) emplean elementos abundantes en la corteza terrestre y proporcionan una densidad de energía mucho mayor que las de iones de litio (LIB).
Los radicales estables son una clase de moléculas electro activas orgánicas que se han utilizado ampliamente en diferentes sistemas de baterías orgánicas. El primero de este tipo fue comercializado por NEC en 2012. El Jia Lab ya ha desarrollado previamente materiales radicales para baterías de litio híbridas orgánicas, baterías de iones de sodio y baterías totalmente orgánicas. Estos materiales nunca se han aplicado en AIB debido a la falta de comprensión de las reacciones electroquímicas que se producen en el electrolitos.