25 de febrero de 2014

La primera batería autocargable mejora gracias a la nanotecnología

La primera batería autocargable mejora gracias a la nanotecnología
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MADRID, 25 Feb. (EUROPA PRESS) -

Un equipo de investigación del Instituto de Tecnología de Georgia --que en 2012 fabricó la primera batería autocargable-- ha mejorado su primer logro gracias a la nanotecnología. Concretamente, han añadido nanopartículas al material piezoeléctrico de la batería, lo que permite una mayor eficiencia de carga y mayor capacidad de almacenamiento.

El modelo presentado hace dos años era una batería que no necesitaba conectarse a ninguna red para cargarse, sino que lo hace mediante la aplicación de una tensión mecánica. Esto hace que los iones de litio migren desde el cátodo al ánodo debido al efecto piezoeléctrico.

Además, para transformar una batería de Li-ion convencional en una autocarga, los investigadores reemplazaron el separador de polietileno, que normalmente separa los dos electrodos, con un material piezoeléctrico que genera una carga cuando están bajo una tensión aplicada. En la versión de 2012, este material era una película de Polifluoruro de vinilideno (PVDF), mientras que en el nuevo estudio, los investigadores agregaron nanopartículas de plomo zirconato titanato (PZT) a la película de PVDF para crear un nanocompuesto.

La adición de PZT se traduce en mejoras significativas en el rendimiento, a saber, el aumento de la eficiencia de la batería y una mayor capacidad de almacenamiento, unas 2,5 veces más que en la versión anterior. En concreto, la capacidad de almacenamiento ha pasado de 0,004 a 0,010 microamperios/h.

Los investigadores explicaron que estas mejoras se producen debido a dos mecanismos. Primero, el PZT provoca un efecto de confinamiento de presión geométrica que aumenta el potencial piezoeléctrico, y segundo, el PZT tiene una estructura porosa que aumenta el número de poros en la nanocomposición, lo que supone una distancia interporo más pequeña que aumenta el número de recorridos de conducción en la que los iones de litio pueden viajar. Ambos mecanismos permiten que más iones de litio migren desde el cátodo al ánodo, lo que aumenta la carga total.

Para los autores del trabajo, que ha sido publicado en 'Nanotecnology', estas mejoras demuestran que una película de nanocompuesto puede mejorar el rendimiento de las baterías de autocarga. De hecho, los investigadores ya planean realizar nuevas mejoras en el futuro. "Tenemos que entender profundamente el progreso exacto de carga de las reacciones electroquímicas en los dos electrodos, para mejorar el rendimiento de las células de energía de autocarga", ha señalado el científico principal Yan Zhang.

CARACTERÍSTICAS

La batería de autocarga es de varios cientos de micrómetros de espesor y se ajusta dentro de una pila de acero inoxidable del tipo 'moneda'. Al colocarla debajo de los botones de una calculadora, por ejemplo, la energía mecánica generada pulsando un botón se puede convertir al mismo tiempo en energía química y se almacena en la batería. Los investigadores prevén que la batería podría alimentar un día a todo tipo de dispositivos electrónicos pequeños y portátiles.

La capacidad de la batería de autocarga para convertir y almacenar energía es lo que la diferencia de las baterías convencionales, cuya única finalidad es la de almacenar energía. En las baterías convencionales, el primer paso de conversión de energía (de mecánica a eléctrica) se realiza casi siempre a través de un dispositivo separado.

Sin embargo, la batería autocarga evita por completo el paso intermedio de convertir la electricidad, lo que resulta más eficiente que si se utilizan dos pasos y dos dispositivos separados.