Ante el auge de las energías renovables, a menudo intermitentes, la necesidad de soluciones de almacenamiento estacionario se vuelve crucial. Si bien la idea de almacenar energía en hormigones no es nueva, había permanecido marginal debido a la falta de rendimientos satisfactorios, limitándose generalmente al almacenamiento térmico.
Un sistema electroquímico Zn-MnO2 integrado en una matriz sólida de geopolímero basada en metacaolín. Esta arquitectura permite almacenar y liberar energía directamente desde el material de construcción, allanando el camino para edificios capaces de almacenar electricidad en sus paredes.
© Kovrugin et al.
Inspirándose en los geopolímeros ya utilizados como alternativa al cemento tradicional en hormigones de bajo impacto ambiental, científicos proponen un nuevo sistema electroquímico mucho más eficiente gracias a la conversión directa de energía química en electricidad. Este dispositivo permitiría, por ejemplo, almacenar en los propios muros de los edificios la electricidad producida por paneles solares o aerogeneradores, para un uso diferido.
Los investigadores del Instituto de química de la materia condensada de Burdeos (CNRS/Universidad de Burdeos/Bordeaux INP), en colaboración con el Centro de física de materiales español, han dado así un paso importante al diseñar una batería sólida cuyo electrolito es un geopolímero basado en metacaolín, es decir, un polímero inorgánico aluminosilicato obtenido por calcinación de arcillas. Reconocido por sus excelentes propiedades mecánicas, este geopolímero es una alternativa ecológica al cemento Portland ordinario como aglutinante del hormigón, ya que su producción emite mucho menos CO₂.
La batería recargable diseñada por el equipo es una batería de iones de zinc que utiliza esta matriz de geopolímero como electrolito separando electrodos convencionales, hechos de zinc para el electrodo negativo y de dióxido de manganeso para el positivo. Activada por una solución de sulfato de zinc, la matriz porosa contiene una fase líquida residual que asegura el transporte de iones Zn2+ de un electrodo a otro.
Resultado: una densidad de energía de 3,3 Wh/L, es decir, cuatro veces superior a la (0,8 Wh/L) medida en dispositivos cementicios convencionales tipo Portland. Ciertamente, esta densidad es muy inferior a la de las baterías convencionales tipo Li-ion (~570 Wh/L). Pero el almacenamiento está aquí integrado en el propio volumen de la estructura, lo que compensa ampliamente esta menor densidad.
Aún en una fase inicial fundamental, quedan varios retos técnicos por superar, como mejorar la estabilidad de los electrodos de zinc y reforzar las propiedades mecánicas del electrolito sólido. Pero estos obstáculos parecen superables a la vista de los rápidos avances en el campo de las baterías acuosas de iones de zinc y las crecientes aplicaciones de los geopolímeros en el sector de la construcción.
A largo plazo, este nuevo concepto, publicado en Materials Horizons, podría acompañar el desarrollo de edificios de energía positiva, donde los muros almacenarían ellos mismos la electricidad producida in situ. ¿Y si la energía del futuro se escondiera en los ladrillos del mañana?