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Baterías, supercondensadores y pilas de combustible

Ilustración estilizada de una pila cilíndrica sobre un fondo amarillo. La pila se muestra en sección transversal, destacando las capas y los componentes internos. Los polos positivo y negativo están señalados, y hay un trazado circular que indica el flujo de electrones alrededor de la pila. Las capas internas se representan en rosa y amarillo, con puntos negros que representan a los iones.

Las baterías, las pilas de combustible y los supercondensadores son sistemas que utilizan diferentes mecanismos electroquímicos de almacenamiento y conversión de energía, pero que presentan características electroquímicas similares para aplicaciones que requieren una alta densidad de energía y de potencia.

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Una colección de frascos característicos de Sigma-Aldrich en el interior de la sección transversal de una batería.
Materiales para baterías

Los materiales para baterías garantizan la reproducibilidad de los datos, lo que respalda las necesidades de investigación, desde la escala de laboratorio hasta la fabricación, para lograr un rendimiento fiable.

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Baterías

Baterías

Una batería está formada por electrodos (cátodo (+) y ánodo (-)), un electrolito conductor y un separador entre el ánodo y el cátodo. En las baterías recargables de iones de litio (LIB), los cationes de litio monovalentes migran entre los electrodos. Durante la descarga, el ánodo (-) se oxida (pierde electrones) y el cátodo sufre una reducción (gana electrones). Durante la carga, este proceso se invierte. Gracias a su elevada densidad energética y de potencia, a su mayor seguridad y a los menores costes de los materiales, las LIB han revolucionado la industria electrónica y se han integrado en muchos aspectos de nuestras vidas, desde los dispositivos móviles hasta los vehículos eléctricos. En 2019, el Premio Nobel de Química fue otorgado a los científicos que desarrollaron la tecnología de las LIB. 

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Ilustración de una pila de combustible PEM con fondo azul. La imagen muestra el flujo de hidrógeno (H₂) y oxígeno (O₂) hacia el interior de la pila, con agua (H₂O) como subproducto. El diagrama incluye flechas que indican el movimiento de los electrones (e⁻) y los protones (H⁺), así como la estructura interna, compuesta por varias capas y canales de flujo.

Pilas de combustible

Las pilas de combustible constan de un ánodo, un cátodo y un electrolito conductor, y suelen conectarse en serie para formar una pila con el fin de aumentar la cantidad total de electricidad generada. El electrodo está compuesto por un material poroso recubierto con un catalizador para generar electricidad. Existen cinco tipos principales de pilas de combustible, que se diferencian por el tipo de electrolito utilizado: de membrana de electrolito polimérico, de óxido sólido, de ácido fosfórico, alcalinas y de carbonato fundido. La tecnología de membrana de electrolito polimérico, también conocida como membrana de intercambio de protones (PEM), se considera la más prometedora para sustituir a la tecnología de pilas de combustible alcalinas.

Las pilas de combustible se han desarrollado como una tecnología energética alternativa, debido a su alta eficiencia, sus bajas emisiones y su escaso impacto medioambiental, lo que las hace más competitivas que los motores de combustión tradicionales. Las pilas de combustible generan únicamente calor y agua como productos de desecho, lo que las convierte en una opción prometedora como fuentes de energía futuras en una amplia variedad de aplicaciones, entre las que se incluyen dispositivos portátiles, dispositivos fijos y soluciones de transporte.

Ejemplo de un supercondensador compuesto por dos electrodos, un electrolito y un separador que permite la transferencia de iones, al tiempo que mantiene separados los electrodos polarizantes.

Supercondensadores

Los componentes de los supercondensadores son similares a los de las baterías. Sin embargo, los supercondensadores se caracterizan por su capacidad de almacenamiento de carga. Los materiales de los electrodos contribuyen al rendimiento de almacenamiento de un supercondensador y pueden dividirse en tres categorías: los condensadores de doble capa, que actúan de forma electrostática; los pseudocondensadores, que actúan de forma electroquímica; y los condensadores híbridos, que utilizan ambos mecanismos.

Los supercondensadores son una fuente de energía de alta densidad con gran capacidad de almacenamiento de energía, larga vida útil y capacidad de carga rápida, lo que los hace ideales para aplicaciones en vehículos híbridos, dispositivos portátiles y la captación de energía. 

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