Un equipo de investigadores estadounidenses ha resucitado uno de los inventos más útiles de principios del siglo XX utilizando grafeno, uno de los materiales más prometedores para la tecnología del futuro.
A partir de la batería de níquel-hierro desarrollada por Thomas Edison, un grupo de científicos de la Universidad de Stanford (EEUU) ha creado una batería ultrarrápida que se recarga en dos minutos y se descarga en 30 segundos. Los detalles de su invento se publican esta semana en la revista 'Nature Communications'.
La batería de níquel-hierro, patentada en 1903 y desarrollada inicialmente para alimentar vehículos eléctricos, fue muy utilizada durante décadas. Sin embargo, su uso fue decayendo en los años setenta y en la actualidad, sólo unas pocas empresas las fabrican, sobre todo, para almacenar los excedentes de electricidad generada por paneles solares y turbinas eólicas.
Hasta 1920 la batería de Edison se usó en coches eléctricos. Su gran durabilidad y fiabilidad hizo que en los años siguientes fuera muy utilizada en el transporte por ferrocarril, en la minería y en otras industrias.
Las ventajas del invento de Edison
Edison con la batería de níquel-hierro.
Los investigadores han vuelto a poner sus ojos en este fantástico invento y han intentado corregir los inconvenientes que contribuyeron a que dejaran de usarse.
Según explica el profesor de química de Stanford Hongjie Dai, entre las numerosas ventajas que ofrece la batería de Edison 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. Sin embargo, presenta algunas desventajas. Tarda varias horas en cargarse y la descarga también es muy lenta.
Por ello, los investigadores se centraron en reducir el tiempo de carga y descarga. Para lograrlo utilizaron 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.
El diseño original de Edison estaba compuesto por dos electrodos (un cátodo formado por tubos compuestos de láminas de acero niquelado enrolladas y rellenos de hidróxido de níquel, y un ánodo compuesto por cajas de acero niquelado que contenían óxido ferroso) bañados en una solución alcalina. (El cátodo el electrodo negativo y el ánodo es el electrodo positivo.)
Nanomateriales
El carbono se ha utilizado durante mucho tiempo para mejorar la conductividad eléctrica de los electrodos y los investigadores de Stanford utilizaron esa misma idea.
Para mejorar la eficiencia de la batería de Edison, los investigadores utilizaron grafeno (compuesto de carbono). En concreto, incorporaron nanocristales de óxido de hierro en el grafeno, y nanocristales de hidróxido de níquel en los nanotubos de carbono. Gracias a esta técnica, lograron fusionar las partículas metálicas con los nanomateriales de carbono, consiguiendo una gran mejora en el rendimiento de la batería.
"El resultado es una versión ultrarrápida de la batería de níquel-hierro que se carga y descarga en segundos", señala Dai. En concreto, tarda dos minutos en cargarse y 30 segundos en descargarse.
Coches eléctricos
De momento, el prototipo desarrollado en el laboratorio tiene una potencia de sólo un voltio. El objetivo de los investigadores es aumentarla para que pueda utilizarse en la red eléctrica o para el transporte.
La mayoría de los coches eléctricos, como Nissan Leaf y Chevy Volt, utilizan baterías de ión litio que son capaces de almacenar mucha energía pero tardan horas en cargarse. Los padres de la batería ultrarrápida de níquel-hierro ven difícil que su invento sea capaz de alimentar a un coche por sí sola, aunque podría ser un complemento de las baterías de ión litio.
Los autores destacan que su batería será particularmente útil para recargar dispositivos de forma rápida en situaciones de emergencia, por ejemplo, en el ámbito militar.
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