China crea una batería de magnesio e hidrógeno que funciona como una esponja química capaz de absorber el gas al descargarse sin riesgo de explosión

Un equipo científico de China ha desarrollado la primera batería prototipo de iones hidruro con una configuración de gas y sólido. El dispositivo puede almacenar electricidad y, al mismo tiempo, guardar hidrógeno mediante una reacción química reversible que funciona a temperatura ambiente y sin recurrir a presiones extremas. Su eficiencia energética global para el almacenamiento de hidrógeno alcanzó el 93,9%.

El resultado abre una ruta distinta para uno de los grandes problemas de la transición energética. Sin embargo, conviene poner los pies en el suelo. La tecnología solo se ha probado a escala de laboratorio, completó 60 ciclos y un conjunto de diez celdas superó los 2,4 voltios, aunque fue suficiente para encender una luz LED. Es una prueba de concepto prometedora, no una batería lista para llegar mañana a una vivienda o a un coche.

Una batería y un depósito

Una batería convencional almacena energía eléctrica y la devuelve cuando se necesita. El nuevo dispositivo, desarrollado por el Instituto de Física Química de Dalian, perteneciente a la Academia China de Ciencias, añade otra función. También actúa como depósito químico de hidrógeno.

La celda utiliza magnesio metálico como material activo del electrodo negativo e hidrógeno gaseoso en el positivo. Entre ambos hay un electrolito sólido que permite desplazarse a los iones hidruro, una forma del hidrógeno que ha ganado un electrón.

Durante la descarga, el hidrógeno gaseoso se transforma en iones hidruro y el magnesio acaba convertido en hidruro de magnesio. Al cargar la celda, la reacción se invierte y el hidrógeno vuelve al estado gaseoso dentro del sistema. En pocas palabras, el dispositivo se comporta a la vez como una batería y como un pequeño depósito de combustible.

El 93,9% necesita contexto

La cifra más llamativa es una eficiencia energética global del 93,9%. Pero ¿qué mide realmente? No representa la eficiencia eléctrica de ida y vuelta que suele anunciarse en una batería doméstica ni puede compararse directamente con la de un paquete de iones de litio.

El estudio plantea un sistema conjunto en el que esta batería de iones hidruro trabaja acoplada a una batería recargable auxiliar. En los métodos térmicos tradicionales basados en magnesio, la absorción del hidrógeno libera calor que normalmente debe eliminarse, mientras que recuperarlo puede requerir temperaturas próximas a los 300 grados.

Aquí, parte de la energía liberada durante la formación del hidruro se convierte en electricidad. Después, la electricidad ayuda a liberar de nuevo el hidrógeno. Según los investigadores, ese intercambio permite alcanzar el 93,9% de eficiencia energética para el ciclo de almacenamiento de hidrógeno, alrededor de un tercio más que el sistema térmico empleado como referencia.

Las cifras del prototipo

En las pruebas, la celda alcanzó una capacidad inicial de descarga de 1.526 mAh/g. También liberó alrededor de un 6% de hidrógeno en peso, calculado sobre el hidruro de magnesio presente en el electrodo, a temperatura ambiente y al aplicar 0,3 voltios.

El dispositivo funcionó entre 20 grados bajo cero y 90 grados. Después de 60 ciclos de carga y descarga conservó más del 70% de su capacidad inicial. Eso demuestra que la reacción puede repetirse, pero también deja una advertencia bastante clara. Perder cerca de un 30% en solo 60 ciclos sigue estando lejos de la durabilidad que exigiría un producto comercial.

Los científicos conectaron diez celdas y obtuvieron más de 2,4 voltios, suficientes para iluminar un LED. Es una demostración visual útil, aunque modesta. Encender una pequeña luz no equivale a alimentar una vivienda, una fábrica o un vehículo. Y eso se nota.

Guardar hidrógeno no es sencillo

El hidrógeno contiene mucha energía por unidad de masa, pero ocupa un gran volumen en forma de gas. Según el Departamento de Energía de Estados Unidos, puede almacenarse comprimido en depósitos de hasta 700 bares o enfriarse hasta unos 253 grados bajo cero para mantenerlo líquido. Ambas opciones necesitan equipos especializados y consumen energía.

La nueva batería intenta evitar esas condiciones extremas fijando temporalmente el hidrógeno en un material sólido. En la práctica, esto podría reducir la necesidad de grandes compresores, refrigeración criogénica y parte de la gestión térmica asociada al almacenamiento.

Pero el riesgo no desaparece por arte de magia. El hidrógeno sigue siendo inflamable, por lo que cualquier sistema real necesitaría sellado, ventilación, sensores y controles frente a posibles fugas, tal y como recogen las guías de seguridad H2Tools. La nueva química puede simplificar algunos elementos del almacenamiento, pero aún deberá demostrar su seguridad en equipos de mayor tamaño.

Lo que todavía falta

El trabajo ofrece una nueva forma de unir almacenamiento eléctrico e hidrógeno, algo que podría resultar útil para aprovechar excedentes de energía solar o eólica. Cuando sobra electricidad, el sistema podría guardarla mientras fija hidrógeno. Más tarde, ambas formas de energía podrían recuperarse según las necesidades de la red.

Por ahora, esa aplicación es una posibilidad, no un resultado probado. Los datos difundidos no bastan para saber cuánto costaría fabricar un sistema grande, cuánto pesaría, qué espacio ocuparía o cuánto tardaría en cargarse. Tampoco se ha demostrado una vida útil suficiente para compararlo con las tecnologías comerciales.

Chen Ping resume el siguiente paso con prudencia. «Nuestro trabajo futuro se centrará en desarrollar conductores de iones hidruro y materiales de electrodo de mayor rendimiento», explicó el investigador. El objetivo es mejorar el funcionamiento de la batería y acercar esta química a aplicaciones reales relacionadas con el hidrógeno.

El salto industrial

Los autores señalan posibles usos móviles y estacionarios, incluso como módulo de suministro para drones de hidrógeno. Antes tendrán que aumentar el voltaje, mejorar la potencia, frenar la pérdida de capacidad y comprobar el comportamiento de conjuntos mucho mayores. El salto del LED a una instalación real será el examen decisivo.

Esta batería no sustituye por ahora a las de litio ni resuelve de golpe el almacenamiento de hidrógeno. Su importancia está en demostrar que una reacción de iones hidruro puede almacenar combustible y electricidad dentro del mismo esquema a temperatura ambiente. No es poca cosa.

El estudio ha sido publicado en la revista Joule.