Las baterías equipadas con un electrodo negativo de metal son atractivas por su mayor densidad de energía y menor complejidad, esta última las hace más fácilmente reciclables. Sin embargo, la amenaza de un cortocircuito celular por parte de las dendritas ha detenido el despliegue de la tecnología.
Ahora, los investigadores del MIT han desarrollado un nuevo tipo de batería, hecha completamente de materiales abundantes y económicos: aluminio, azufre y sal, que podrían ayudar a llenar ese vacío. Además de ser barata, la nueva batería es resistente al fuego y a los fallos y se puede cargar muy rápido, lo que podría hacerla útil para alimentar una casa o cargar vehículos eléctricos.
Las baterías de iones de litio de hoy en día siguen siendo demasiado caras para la mayoría de estas aplicaciones y contienen un electrolito inflamable. Así que los investigadores comenzaron a buscar metales baratos y abundantes en tierra que pudieran sustituir al litio. Después de una búsqueda y algunos errores y ensayo, se conformaron con el aluminio y el azufre como sus dos materiales de electrodo, con un electrolito de sal de cloroaluminato fundido en el medio. Todos estos ingredientes son baratos, están disponibles y no son inflamables, lo que significa que no hay riesgo de incendio o explosión.
En las pruebas, el equipo demostró que las nuevas celdas de batería de aluminio y azufre podían soportar cientos de ciclos a tasas de carga excepcionalmente altas, con un costo proyectado por celda de aproximadamente una sexta parte del de las celdas de iones de litio comparables. Mostraron que la tarifa de carga dependía en gran medida de la temperatura de trabajo, con 110 grados centígrados (230 grados Fahrenheit) que mostraban tasas 25 veces más rápidas que 25 C (77 F).
El equipo eligió la sal fundida como electrolito simplemente porque su punto de fusión baja resultó tener una ventaja fortuita. Es muy bueno para prevenir la formación de dendritas, que son puntas estrechas de metal que se acumulan en un electrodo y eventualmente crecen para entrar en contacto con el otro electrodo, causando un cortocircuito y dificultando la eficiencia.
La sal de cloro-aluminato que eligieron «esencialmente retiró estas dendritas desbocadas, a la vez que permitió una carga muy rápida», dice el profesor del MIT Donald Sadoway, uno de los autores del estudio que describe el diseño.«Hicimos experimentos a tasas de carga muy altas, cargando en menos de un minuto, y nunca perdimos células debido al cortocircuito de dendrita».
Es importante destacar que los investigadores dicen que la batería de aluminio y azufre no requiere una fuente de calor externa para mantener su temperatura de funcionamiento. El calor se produce de forma electroquímica natural mediante la carga y descarga de la batería. «A medida que cargas, generas calor, y eso evita que la sal se congele. Y luego, cuando te descargas, también genera calor», dice Sadoway.
Según el equipo del MIT, la nueva formulación de baterías sería ideal para instalaciones del tamaño aproximadamente necesario para alimentar una sola empresa doméstica o pequeña o mediana, produciendo en el orden de unas pocas decenas de kilovatios-hora de capacidad de almacenamiento. La escala más pequeña de las baterías de aluminio y azufre también las haría prácticas para usos como las estaciones de carga de vehículos eléctricos. Otras tecnologías podrían ser más efectivas, incluidas las baterías de metal líquido, para instalaciones más grandes, hasta una escala de servicios públicos de decenas a cientos de megavatios-hora.
La nueva tecnología ya es la base de una nueva empresa derivada llamada Avanti, que ha autorizado las patentes al sistema, cofundada por Sadoway. El primer orden del día de la empresa es demostrar que trabaja a escala y luego someterla a una serie de pruebas de resistencia.