El dispositivo creado por investigadores de la Universidad de Ohio State es una célula solar y, al mismo tiempo, una batería recargable.O, como ellos la han definido en un artículo publicado en Nature Communications, es la primera batería solar del mundo.

Actualmente, existen dispositivos que reúnen en el mismo lugar un pequeño panel fotovoltaico y una batería de almacenamiento, pero no es el caso de éste. Aquí la hibridación es total. El panel es la batería y la batería es el panel.

Las claves para haber desarrollado esta batería solar, que se recarga con nada más que luz y aire, son, primero, un panel de malla solar que permite que el aire pueda penetrar en la batería, y segundo, un proceso especial para tranferir electrones entre el panel solar y el electrodo de la batería. En el interior del dispositivo, la luz y el oxígeno permiten diferentes reacciones químicas que cargan la batería.

Yiying Wu, profesor de química y bioquímica en Ohio State y autor principal del trabajo, cree que el invento ayudará a abaratar los costes de la energía renovable en un 25 por ciento. "Actualmente se usa un panel solar para capturar la luz, y luego una batería barata para almacenar la energía", dijo Wu, "nosotros hemos integrado las dos funciones en un solo dispositivo".

La invención también resuelve un problema de muchos años en cuanto a la eficiencia de la energía solar, eliminando la pérdida de electricidad que normalmente se produce cuando los electrones tienen que viajar entre una célula solar y una batería externa. Por lo general, sólo el 80 por ciento de los electrones que salen de una célula solar acaban llegando a la batería. Con este nuevo diseño, la luz se convierte en electrones dentro de la batería, por lo que casi el 100 por 100 es almacenado.

Este nuevo diseño tiene algunos rasgos de una batería desarrollada anteriormente por Wu y un estudiante de doctorado, Xiaodi Ren. Inventaron una batería de alta eficiencia accionada por aire que se cargaba mediante la reacción química de potasio con el oxígeno que entraba. Este diseño ganó un premio de energía limpia del Departamento de Energía de Estados Unidos.

"Básicamente, es una batería de respiración", dijo Wu. "Respira aire cuando se descarga y lo exhala cuando se carga". Para este nuevo estudio, Wu y su equipo querían combinar un panel solar con una batería similar a la de respiración. Por ello, diseñaron un panel solar de malla permeable hecha con gasa de titanio, un tejido flexible, sobre el que implantaron varillas verticales de dióxido de titanio, según los investigadores, como si fueran briznas de hierba. El aire pasa libremente a través de la gasa, mientras que las varillas tratan de capturar la luz solar.

Normalmente, la conexión de una célula solar a una batería requeriría el uso de cuatro electrodos, explicaron los investigadores, pero su diseño híbrido utiliza sólo tres. El panel solar de malla forma el primer electrodo. Debajo, colocaron una hoja delgada de carbón poroso, el segundo electrodo, y una placa de litio, el tercero. Entre estos electrodos, se intercalaron capas de electrolito para poder llevar a los electrones de ida y vuelta.

¿Cómo funciona?

Durante la carga, la luz incide en el panel de malla solar creando electrones. Dentro de la batería, los electrones se encargan de descomponer el peróxido de litio en iones de litio y oxígeno. El oxígeno se libera en el aire, y los iones de litio se almacenan en la batería de litio como metal después de capturar los electrones. Cuando la batería se descarga, consume químicamente el oxígeno del aire y vuelve a formar el peróxido de litio.

Al mismo tiempo, un aditivo de yoduro en el electrolito actúa como un "mensajero" que transporta electrones entre el electrodo de la batería y el panel solar de malla. El uso de este aditivo representa también un enfoque distinto en la mejora del rendimiento y la eficiencia de la batería, de acuerdo con Wu y su equipo.

La malla pertenece a una clase de dispositivos llamados células solares sensibilizadas por colorante, ya que los investigadores usaron un colorante rojo para sintonizar la longitud de onda de la luz que captura. Primero el colorante fue un compuesto de rutenio, pero desgraciadamente se consumió en apenas 8 horas de carga y descarga, una vida cortísima para una batería. Entonces, los científicos optaron por otro semiconductor rojo, mucho más resistente y común, el óxido de hierro, es decir, la herrumbre.

El recubrimiento de la malla solar con este óxido permitió que la batería se cargara con luz solar, manteniendo su color rojo. Sobre la base de las primeras pruebas realizadas, Wu y su equipo piensan que la vida de su batería solar (aún a la espera de patente) será comparable a las baterías recargables que ya hay en el mercado.

ABC