{"id":546771,"date":"2025-03-25T16:06:34","date_gmt":"2025-03-25T19:06:34","guid":{"rendered":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/?p=546771"},"modified":"2025-03-25T16:06:34","modified_gmt":"2025-03-25T19:06:34","slug":"cientificos-brasilenos-desarrollan-una-bateria-de-plomo-liviana-y-flexible","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/cientificos-brasilenos-desarrollan-una-bateria-de-plomo-liviana-y-flexible\/","title":{"rendered":"Cient\u00edficos brasile\u00f1os desarrollan una bater\u00eda de plomo liviana y flexible"},"content":{"rendered":"

Con la mira puesta en el objetivo de crear un sistema de almacenamiento de energ\u00eda m\u00e1s liviano y eficiente que las bater\u00edas de plomo convencionales utilizadas en autom\u00f3viles y aplicaciones industriales, un grupo del Instituto de Investigaciones Energ\u00e9ticas y Nucleares (Ipen) de Brasil, con sede en S\u00e3o Paulo, ha apostado por una bater\u00eda a base de nanopart\u00edculas de plomo y carbono con un dise\u00f1o novedoso, inspirado en las pilas de combustible de hidr\u00f3geno. Los resultados de dicho trabajo salieron publicados en marzo en la revista Journal of Energy Storage<\/em>. Est\u00e1 prevista la presentaci\u00f3n de una solicitud de patente del dispositivo ante el Instituto Nacional de la Propiedad Industrial (INPI).<\/p>\n

\u201cNuestro prototipo sustituye los tradicionales electrodos met\u00e1licos de plomo de las bater\u00edas convencionales por nanopart\u00edculas de plomo adheridas a una tela flexible de carbono, que es mucho m\u00e1s liviano y conductor que el plomo met\u00e1lico\u201d, explica el qu\u00edmico Almir Oliveira Neto, del Centro de C\u00e9lulas de Combustible e Hidr\u00f3geno del Ipen, director del proyecto.<\/p>\n

Otra de las novedades es el uso de un electrolito polim\u00e9rico s\u00f3lido \u2012una membrana transportadora de protones\u2012 en lugar del electrolito l\u00edquido de las bater\u00edas de plomo-\u00e1cido. En una bater\u00eda de autom\u00f3vil, el electrolito (\u00e1cido sulf\u00farico diluido en agua) desempe\u00f1a el papel de elemento conductor transportando los iones el\u00e9ctricos entre el polo positivo (c\u00e1todo) y el negativo (\u00e1nodo) cuando la bater\u00eda se carga o se descarga.<\/p>\n

\u201cLa membrana polim\u00e9rica le confiri\u00f3 flexibilidad al sistema y redujo su peso\u201d, subraya el qu\u00edmico Rodrigo Fernando Brambilla de Souza, autor principal del art\u00edculo. La ventaja de los electrolitos s\u00f3lidos reside en que son menos propensos a fugas y derrames, lo que aumenta la seguridad de la bater\u00eda. La ausencia de l\u00edquidos tambi\u00e9n puede reducir la corrosi\u00f3n interna y otros procesos de degradaci\u00f3n, extendiendo la vida \u00fatil del sistema.<\/p>\n

El prototipo de la bater\u00eda, en cuyo desarrollo tambi\u00e9n particip\u00f3 el Centro de Ciencia y Tecnolog\u00eda de Materiales del Ipen, mide unos 5 cent\u00edmetros cuadrados y tiene un grosor de 1,2 mil\u00edmetros. Tiene forma de s\u00e1ndwich, con dos tejidos de carbono impregnados de nanopart\u00edculas de plomo prensados en caliente con la membrana transportadora de protones en el centro (v\u00e9ase la infograf\u00eda abajo<\/em>). \u201cLa c\u00e9lula pesa tan solo 0,73 gramos [g], y en los ensayos de laboratorio present\u00f3 la misma eficiencia energ\u00e9tica que una bater\u00eda de plomo tradicional de 15 g. Es 20 veces m\u00e1s liviana y su tama\u00f1o es un 90 % menor\u201d, dice Souza, quien actualmente realiza una pasant\u00eda posdoctoral en el Ipen.<\/p>\n<\/div>

\n \n \n \n <\/picture>Alexandre Affonso \/ Revista Pesquisa FAPESP<\/span><\/div>
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Otro aspecto importante de la innovaci\u00f3n es su estabilidad electroqu\u00edmica, es decir, su capacidad de carga y descarga, o ciclado, en vocabulario t\u00e9cnico, sin perder tensi\u00f3n el\u00e9ctrica: en este caso, la del prototipo es de 2 voltios. \u201cLa incorporaci\u00f3n de carbono en la estructura de plomo no solo mejor\u00f3 la estabilidad de las nanopart\u00edculas, sino que tambi\u00e9n se tradujo en un rendimiento muy estable de la bater\u00eda a lo largo de 100 ciclos, con variaciones del potencial de descarga inferiores a un 2 %\u201d, indicaron los autores en el art\u00edculo de la revista Journal of Energy Storage<\/em>.<\/p>\n

\u201cLa exitosa integraci\u00f3n de la estructura PEM-FC [pila de combustible de membrana de intercambio prot\u00f3nico, en ingl\u00e9s] con la tecnolog\u00eda CLAB [\u00e1cido-plomo-carbono, por sus siglas en ingl\u00e9s] allana el camino hacia la b\u00fasqueda de soluciones de almacenamiento de energ\u00eda innovadoras y flexibles\u201d, concluye el art\u00edculo. El equipo tambi\u00e9n est\u00e1 integrado por los investigadores \u00c9dson Pereira Soares y Larissa Otubo, del Ipen, por la estudiante doctoral en tecnolog\u00eda nuclear Vict\u00f3ria Maia y por los alumnos de iniciaci\u00f3n a la investigaci\u00f3n cient\u00edfica Felipe Da Concei\u00e7\u00e3o, de la Facultad Oswaldo Cruz, y Gabriel Silvestrin, del Centro Universitario FMU, ambos en S\u00e3o Paulo.<\/p>\n

Avance tecnol\u00f3gico
\n<\/strong>Las bater\u00edas de plomo-\u00e1cido (LAB) existen desde hace m\u00e1s de 150 a\u00f1os y siguen conservando una gran vigencia. \u201cPara mejorar el rendimiento de esta tecnolog\u00eda se han introducido diversas innovaciones, raz\u00f3n por la cual a\u00fan hoy en d\u00eda constituyen una opci\u00f3n de bajo costo, robusta y confiable en el mercado de los acumuladores recargables\u201d, afirma la qu\u00edmica Lucia Helena Mascaro Sales, investigadora de la Universidad Federal de S\u00e3o Carlos (UFSCar) y del Centro de Innovaci\u00f3n en Nuevas Energ\u00edas (Cine), apoyado por la FAPESP. \u201cSu desventaja reside en que son pesadas y ocupan mucho espacio. Los colectores de corriente son parrillas de plomo, que representan entre un 30 % y un 60 % de su peso\u201d. Una bater\u00eda tradicional de plomo pesa, por t\u00e9rmino medio, unos 14 kilogramos (kg). \u201cEstimamos que un modelo equivalente del dispositivo creado por nuestro grupo podr\u00eda pesar de 1 a 2 kg\u201d, dice Souza.<\/p>\n

Los sistemas de acumuladores plomo-carbono son una evoluci\u00f3n de la tecnolog\u00eda LAB porque incorporan carbono como material en sus electrodos. El carbono mejora el rendimiento del sistema debido a que incrementa la estabilidad de la celda al reducir el sulfatado \u2012el crecimiento de cristales de sulfato en los electrodos\u2012, que acaban por degradar la bater\u00eda. Este resultado representa una mejora sustancial en lo que se refiere al ciclado y la eficiencia.<\/p>\n<\/div>

\n \n \n \n <\/picture>SOUZA, R. F. B. et al<\/em>. Journal of Energy Storage<\/strong>. 2024<\/span><\/div>
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Las bater\u00edas de plomo-carbono, subraya el f\u00edsico Hudson Zanin, experto en sistemas de almacenamiento de energ\u00eda de la Facultad de Ingenier\u00eda El\u00e9ctrica y Computaci\u00f3n de la Universidad de Campinas (Unicamp) quien no forma parte del equipo del Ipen, ya se comercializan desde hace tiempo y hay varios fabricantes en todo el mundo. \u201cLas bater\u00edas de la empresa Moura, por ejemplo, poseen un sistema de almacenamiento y gesti\u00f3n de energ\u00eda denominado BEES, que emplea la tecnolog\u00eda de plomo-carbono\u201d, dice el investigador.<\/p>\n

La soluci\u00f3n propuesta por el Ipen, empero, es novedosa porque permite que estas bater\u00edas puedan ser flexibles en un futuro pr\u00f3ximo, lo que dar\u00eda lugar a un dispositivo plegable, al adoptar un dise\u00f1o similar al de las c\u00e9lulas o pilas de combustible, en las que los electrodos met\u00e1licos tradicionales de plomo son sustituidos por el tejido de carbono impregnado de nanopart\u00edculas de plomo.<\/p>\n

\u201cEl Ipen propone un enfoque innovador al combinar la tecnolog\u00eda convencional de las bater\u00edas de plomo-\u00e1cido con elementos avanzados del dise\u00f1o de las pilas de combustible\u201d, reconoce Zanin. En su opini\u00f3n, al reemplazar los electrodos convencionales por nanopart\u00edculas de plomo adheridas a una malla de carbono flexible, el dispositivo se torna m\u00e1s eficiente porque las nanopart\u00edculas ofrecen un \u00e1rea superficial significativamente mayor para las reacciones electroqu\u00edmicas, que podr\u00e1n generar una corriente el\u00e9ctrica m\u00e1s densa. \u201cEl tejido tambi\u00e9n presenta la ventaja de que absorbe mejor las tensiones mec\u00e1nicas que los electrodos met\u00e1licos r\u00edgidos, disminuyendo as\u00ed el riesgo de sufrir da\u00f1os estructurales durante los ciclos de carga y descarga\u201d, dice el investigador de la Unicamp.<\/p>\n

Sales, de la UFSCar, pone de relieve que la flexibilidad de la bater\u00eda har\u00e1 posible doblarla y moldearla de distintas formas. \u201cEsto permitir\u00e1 expandir el uso de la tecnolog\u00eda en aplicaciones modernas, tales como equipos electr\u00f3nicos port\u00e1tiles, dispositivos m\u00e9dicos, ropa inteligente y sensores, entre otros, adem\u00e1s del uso tradicional en electr\u00f3nica, veh\u00edculos y sistemas estacionarios de almacenamiento de energ\u00eda\u201d, pondera.<\/p>\n

En las pruebas de laboratorio, el dispositivo funcion\u00f3 sin perder eficiencia en un rango t\u00e9rmico entre -20 y 120 grados Celsius [\u00baC]. \u201cSi conseguimos elevar su rendimiento a m\u00e1s de 2.000 ciclos, nuestra soluci\u00f3n podr\u00eda llegar a utilizarse incluso en microsat\u00e9lites\u201d, sugiere Souza. Las bater\u00edas de plomo que se utilizan en los veh\u00edculos alcanzan los 500 ciclos.<\/p>\n<\/div>

\n \n \n \n <\/picture>Alexandre Affonso \/ Revista Pesquisa FAPESP<\/span><\/div>
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Los retos por superarse
\n<\/strong>Vers\u00e1til y prometedora, esta tecnolog\u00eda a\u00fan se encuentra en su etapa inicial, centrada en la prueba de concepto y en sus primeras fases de dise\u00f1o de prototipos. \u201cEstamos en el nivel TRL 3-4 y los pr\u00f3ximos pasos consistir\u00e1n en abaratar los materiales para viabilizar la producci\u00f3n a gran escala\u201d, informa Oliveira. La escala TRL (Nivel de Madurez Tecnol\u00f3gica, por sus siglas en ingl\u00e9s), creada por la agencia espacial estadounidense (Nasa), va del nivel 1, que corresponde a la investigaci\u00f3n b\u00e1sica, al 9, cuando el producto ha llegado al mercado.<\/p>\n

El ingeniero mec\u00e1nico Giovani Grespan, actual pasante posdoctoral en la UFSCar y estudioso de los dispositivos plomo-\u00e1cido, considera que la iniciativa del Ipen es positiva, pero puntualiza que el desarrollo de bater\u00edas requiere de un largo camino que incluye m\u00faltiples pruebas de rendimiento, seguridad y homologaci\u00f3n. \u201cEsta propuesta presenta problemas que a\u00fan deben resolverse. Uno de ellos tiene que ver con los electrolitos s\u00f3lidos polim\u00e9ricos, que pueden elevar la resistencia interna de la bater\u00eda y reducir la velocidad de carga y descarga\u201d, sopesa.<\/p>\n

Uno de los pr\u00f3ximos desaf\u00edos ser\u00e1 abaratar el costo de los materiales y de los procesos de producci\u00f3n, especialmente los de las membranas de protones y los electrolitos, a\u00f1ade Zanin. Otro reto consiste en el desarrollo de procesos de fabricaci\u00f3n a gran escala que mantengan la calidad y la consistencia de los materiales avanzados. Tambi\u00e9n ser\u00e1 necesario demostrar la durabilidad y confiabilidad del prototipo bajo condiciones de funcionamiento real, durante largos per\u00edodos. \u201cEstas mejoras podr\u00edan posicionar a la tecnolog\u00eda como una alternativa factible y competitiva en el mercado de almacenamiento de energ\u00eda\u201d, sostiene el investigador de la Unicamp.<\/p>\n

Art\u00edculo cient\u00edfico
\n<\/strong>SOUZA, R. F. B. et al<\/em>. Innovative lead-carbon battery utilizing electrode-electrolyte assembly inspired by PEM-FC architecture<\/a>. Journal of Energy Storage<\/strong>. v. 86. may. 2024.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"El dispositivo se encuentra ahora en su fase de prototipo, es plegable y podr\u00e1 emple\u00e1rselo en m\u00faltiples aplicaciones en veh\u00edculos, vestimenta, aparatos el\u00e9ctricos y electr\u00f3nicos e incluso microsat\u00e9lites","protected":false},"author":23,"featured_media":546772,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"_exactmetrics_skip_tracking":false,"_exactmetrics_sitenote_active":false,"_exactmetrics_sitenote_note":"","_exactmetrics_sitenote_category":0,"footnotes":""},"categories":[192],"tags":[296,312],"coauthors":[116],"class_list":["post-546771","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-tecnologia-es","tag-energia-es","tag-innovacion"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/546771","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/users\/23"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=546771"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/546771\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":546800,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/546771\/revisions\/546800"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media\/546772"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=546771"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=546771"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=546771"},{"taxonomy":"author","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/coauthors?post=546771"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}