Una batería adecuada para alimentar los vehículos eléctricos y almacenar energía, que soporte decenas de miles de ciclos de carga y tenga una vida útil de 100 años sin perder capacidad. ¿Qué innovación podría ser mejor en el siglo XXI? Pues una batería así ha sido desarrollada y mejorada por los investigadores de Stanford. Por cierto, esta batería… ¡fue inventada por Thomas Edison en 1901!
Aunque quizá no lo sepas, la actual es la segunda era del coche eléctrico. La primera fue de 1890 a 1930. El primer vehículo eléctrico de Estados Unidos, lo fabricó William Morrison en Des Moines (Iowa) en 1891. Fue todo un éxito comercial (de hecho, cuando empezó el siglo XX, en 1900, el 28% de los coches construidos en los EE.UU. fueron eléctricos).
En general, estos coches eléctricos tenían motores de baja potencia (un kilovatio o dos en comparación con los 15 kw Ford Model T de 1908), pero su fácil arranque (hasta que llegó el arranque eléctrico de Cadillac), la suavidad de conducción, su gran par de arranque, lo bien adaptados que estaban para conducir en ciudad lo popularizaron entre mujeres adineradas y médicos.
Otras razones de este auge de los coches eléctricos se resumen en estas palabras de Thomas Edison:
«La electricidad es la cosa. No hay ruido ni engranajes de marchas con sus numerosas palancas que confunden. No hay ese incierto y casi aterrador zumbido de los motores de combustión de gran alcance. No hay un sistema de circulación de agua sin el que se rompería el motor. No hay los peligros y el mal olor de la gasolina».
Otro punto adicional en aquel entonces era que el motor eléctrico y la transmisión era mucho más fácil de construir y requería una mecánica de menor precisión que los sistemas de propulsión con un motor de combustión interna, lo que implicaba que fuesen más baratos de producir.
Estos mismos fabricantes pioneros tuvieron que encontrar una batería recargable para su uso. Inicialmente, las baterías disponibles eran de plomo y ácido, inventadas en 1859. Se utilizaron para almacenar energía en la mayoría de los coches eléctricos hasta 1900, cuando comenzaron a desarrollarse nuevos tipos de baterías.
Posiblemente la más popular de estas baterías alternativas fue la batería de níquel-hierro de Thomas Edison. Sus puntos fuertes incluían una vida útil prácticamente ilimitada, una composición física y química enormemente resistentes y un aumento del 42% en la densidad de energía. Los puntos débiles incluían un mayor costo, baja tensión y poca velocidad de carga… Pesaban y ocupaban el doble que un conjunto de baterías de plomo y ácido de igual rendimiento. El costo extra era de 600 dólares (lo que serían en la actualidad unos 10.000 dólares).
Ambos tipos de baterías compitieron en el mercado hasta que el motor de gasolina fue mejorando hasta obtener una clara superioridad sobre los coches eléctricos. Luego, las pequeñas baterías de plomo se impuseron como fuentes de energía para el arranque de los motores de combustión interna, y las baterías de níquel-hierro se mantuvieron solamente en para unos pocos usos.
La batería de hierro y níquel utiliza un electrolito de hidróxido de potasio o de sodio y no contiene metales pesados (no hay riesgo de derrames de ácido, por lo que su construcción y manipulación no pueden causar daños medioambientales significativos). La densidad del electrolito no cambia con el nivel de carga y la química de la batería, durante la carga y descarga, actúa para transferir oxígeno desde un electrodo al otro.
Y ahora, más de un siglo después, un grupo de investigadores de Stanford ha mejorado significativamente el rendimiento de estas baterías de hierro y níquel, que pueden llevar a que esta venerable batería tenga una segunda oportunidad. El equipo de Stanford ha creado una batería de níquel-hierro ultrarrápida, que se carga completamente en dos minutos y se descarga en menos de 30 segundos, por lo que serían perfectas para complementar la lenta carga de la batería de iones de litio en el frenado regenerativo.
Para mejorar el rendimiento de la batería de níquel-hierro, el equipo de Stanford utilizó grafeno (un material compuesto de carbono, de sólo un átomo de grosor, que conduce la electricidad mejor que ningún otro metal conocido) y nanotubos de carbono.
Hongjie Dai, el profesor de Stanford, dice que «el resultado es una versión ultrarrápida de la batería de níquel-hierro que es capaz de cargar y descargarse en cuestión de segundos. Destaca lo duradera que es es. Tiene un diseño simple y es de fácil fabricación. Además, tanto el níquel como el hierro son muy abundantes, relativamente económicos y poco tóxicos si lo comparamos con otros minerales».
«El uso de los nanomateriales fuertemente acoplados, representa un enfoque muy interesante para hacer electrodos», dijo Dai. «Es diferente de los métodos tradicionales, en la que solamente se mezclan los materiales. Creo que Thomas Edison estaría feliz de ver este progreso».
Fuente: Universidad de Stanford
Más información: Los detalles de la batería se publicaron en la revista Nature Communications .