Los investigadores han identificado soluciones de celdas de combustible que ayudarán a electrificar los sistemas de transporte y superar las limitaciones de las baterías tradicionales.
Las celdas de combustible triplican la energía por libra de las mejores baterías de automóviles eléctricos de hoy, proporcionando una opción liviana para alimentar camiones, aviones o barcos.
A diferencia de las baterías, las celdas de combustible se pueden repostar de inmediato, en lugar de cargarse. En este caso, el combustible es metal de sodio líquido, que es económico y ampliamente disponible.
En una serie de experimentos que utilizan dispositivos prototipos, los investigadores han demostrado que las células pueden transportar más de tres veces la energía que pesan más de tres veces el peso de las baterías de iones de litio utilizadas en casi todos los vehículos eléctricos en la actualidad.
Crear un avance con aviación eléctrica
Los investigadores han descubierto que las celdas de combustible podrían ser revolucionarias en el sector de la aviación. En la aviación donde el peso es particularmente importante, tales mejoras en la densidad de energía podrían ser en última instancia un avance que hace que el vuelo eléctrico sea práctico a gran escala.
«El umbral realmente necesario para la aviación eléctrica realista es de aproximadamente 1,000 vatios por kilogramo», explica Ming Chiang, profesor de ciencia e ingeniería de materiales en el MIT.
«Las baterías de iones de litio de hoy para vehículos eléctricos son de aproximadamente 300 vatios de hora por kilogramo. No hay nada cercano a lo que necesita. Incluso 1,000 vatios por kilogramo no es suficiente para permitir vuelos transcontinentales o transatlánticos».
Si bien esto todavía está fuera del alcance de la química de la batería conocida, Chiang dijo que lograr 1,000 vatios por kilogramo sería una tecnología efectiva para la aviación eléctrica en la región, lo que representa alrededor del 80% de los vuelos nacionales y el 30% de las emisiones de aire.
La tecnología de celdas de combustible también sirve como facilitador para otros sectores, como el transporte marino y ferroviario.
Tecnología de pilas de combustible y baterías tradicionales
En los últimos 30 años, se ha llevado a cabo una cantidad considerable de investigación para desarrollar baterías de aire de litio o sodio. Sin embargo, lograr la recarga completa ha demostrado ser un desafío.
«La gente ha sabido la densidad de energía que puede obtener de las baterías de aire metálico durante mucho tiempo, y aunque fue muy atractiva, nunca se ha realizado en realidad», dijo Chen.
Aplicando el mismo concepto electroquímico básico, pero utilizando celdas de combustible en lugar de baterías, los investigadores pudieron explotar los beneficios de la alta densidad de energía de manera práctica. A diferencia de las baterías, donde el material se incorpora y se sella una vez en un recipiente, se repone el material de transporte de energía de la celda de combustible.
¿Se pueden ampliar las celdas de combustible para uso comercial?
Los investigadores han imaginado que, utilizando el sistema, los paquetes de combustible que contienen pilas de celdas se insertarán en la celda de combustible, similar a los bastidores de bandejas de alimentos en cafeterías. Los metales de sodio en estos paquetes experimentan una conversión química para proporcionar energía.
Luego se libera una corriente de subproductos químicos, y en el caso de una aeronave, esto se libera desde la parte trasera, como el escape de un motor a reacción.
Sin embargo, hay muy grandes diferencias. No hay emisiones de dióxido de carbono. En cambio, las emisiones compuestas de óxido de sodio en realidad absorben dióxido de carbono de la atmósfera.
Este compuesto se une rápidamente a la humedad en el aire para formar hidróxido de sodio y reacciona fácilmente con dióxido de carbono para formar el material sólido de carbonato de sodio. Esto forma bicarbonato de sodio, también conocido como bicarbonato de sodio.
Un beneficio adicional es que cuando el producto final, el bicarbonato de sodio, llega al océano, ayuda a eliminar el agua y contrarresta otro efecto dañino de los gases de efecto invernadero.
Es importante destacar que Chen dijo que las nuevas celdas de combustible son inherentemente más seguras que muchas otras baterías.
Hasta ahora, los dispositivos solo han existido como pequeños prototipos de una sola célula, pero Chiang dice que el sistema debería ser muy simple de expandirse a un tamaño práctico para la comercialización.
Los miembros del equipo de investigación ya han establecido empresas para desarrollar tecnología. Actualmente se encuentra en el motor, la incubadora de inicio del MIT.
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