Los científicos de la Universidad King Abdullah de Ciencia y Tecnología (KAUST) han logrado un gran avance en la investigación de baterías recargables acuosas, descubriendo las razones moleculares clave que obstaculizan su adopción como una opción de almacenamiento de energía más segura y económicamente sostenible. Los resultados de la investigación se publicaron en la revista Science Advances. Este descubrimiento promete impulsar el proceso de aplicación de baterías acuosas en el almacenamiento de energía a gran escala, trayendo nueva esperanza para el almacenamiento de energías renovables.

Las baterías acuosas, como una solución sostenible para el almacenamiento de energía a gran escala, han atraído una atención global, con un tamaño de mercado proyectado que superará los 100 mil millones de dólares para 2030. Comparadas con las baterías de litio comúnmente usadas en vehículos eléctricos, las baterías acuosas tienen ventajas en seguridad y sostenibilidad para integrar energías renovables como la solar en la red eléctrica. Sin embargo, problemas previos con su vida útil y rendimiento han limitado su desarrollo adicional.

Uno de los factores clave que determinan la vida útil de la batería es el ánodo, cuya reacción química genera y almacena la energía de la batería, pero las reacciones químicas parásitas reducen el rendimiento del ánodo y acortan la vida útil de la batería. La nueva investigación de los científicos de KAUST revela el mecanismo de impacto del agua en la vida útil y el rendimiento de la batería: el agua libre (el estado en el que las moléculas de agua no están estrechamente unidas entre sí) promueve reacciones parásitas, consumiendo energía y dañando el ánodo.

El estudio encontró que agregar sales baratas (como sulfato de zinc) puede aliviar este problema, e incluso extender la vida útil de la batería más de diez veces. Los sulfatos estabilizan los enlaces del agua libre, actuando como un "gel de agua", alterando la dinámica de las moléculas de agua y reduciendo el número de reacciones parásitas. Aunque la mayoría de los experimentos se basaron en baterías de sulfato de zinc, investigaciones iniciales muestran que los sulfatos tienen el mismo efecto en otros ánodos metálicos, lo que significa que incorporar sulfatos en el diseño de baterías podría ser una solución universal para extender la vida útil de todas las baterías acuosas.

El científico investigador de KAUST Zhu Yunpei, responsable de la mayoría de los experimentos, dijo: "Los sulfatos son baratos, ampliamente disponibles y químicamente estables, lo que hace que nuestra solución sea viable tanto científica como económicamente".

El investigador principal que lideró este estudio, profesor de KAUST y presidente del Centro de Excelencia en Tecnologías de Energía Renovable y Almacenamiento de KAUST (CREST), Husam Alshareef, enfatizó: "Nuestros resultados destacan la importancia de la estructura del agua en la química de las baterías, un parámetro clave que anteriormente se ha pasado por alto".

Además, los profesores de KAUST Omar Mohammed, Omar Bakr, Xixiang Zhang y Mani Sarathy también participaron en este estudio. Los resultados de esta investigación proporcionan una base teórica para el diseño optimizado de baterías recargables acuosas, prometiendo impulsar su amplia aplicación en el campo del almacenamiento de energías renovables y ayudar a la transición global a la energía verde.