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Innovative Polymeric Batteries by 3D Printing

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Polímeros sostenibles para fabricar baterías impresas en 3D

La carrera por encontrar alternativas respetuosas con el medio ambiente a las baterías de iones de litio está en marcha. La empresa incipiente POLYKEY se basa en la creencia de que el rendimiento de los polímeros sostenibles podría algún día superar al de las baterías actuales, al menos para ciertas aplicaciones.

Tecnologías industriales

La empresa emergente POLYKEY se creó en 2020 como «spin-out» de la Universidad del País Vasco. Además de especializarse en el reciclaje de plásticos mediante despolimerización, también propone una nueva generación de baterías de estado sólido fabricadas con polímeros sostenibles. La promesa es tentadora: las nuevas baterías son más ligeras, rinden mejor a altas temperaturas y no son inflamables. La empresa surgió en 2012 con el proyecto iPES, respaldado por una subvención de inicio del CEI, seguido hace dos años por el proyecto de prueba de concepto iPES-3DBat (Innovative Polymeric Batteries by 3D Printing) del CEI. El equipo del proyecto, dirigido por David Mecerreyes, preocupado por la limitación de las baterías actuales en cuanto a forma, rigidez y coste, desarrolló primero una gama de nuevos materiales poliméricos. A continuación, con iPES-3DBat, se propuso fabricar baterías de polímero mediante un proceso de impresión en 3D rápido y económico. «Las baterías de polímero ofrecen varias ventajas respecto a las de iones de litio convencionales», afirma Mecerreyes, vicedirector de Polymat, el Centro Vasco de Diseño e Ingeniería Macromolecular de la Universidad del País Vasco. «Primero, no requieren materiales inorgánicos tóxicos y escasos como litio, cobalto, níquel o manganeso. Además, las baterías de polímeros tienen otras ventajas, como el uso de materiales renovables de base biológica, su flexibilidad y reciclabilidad, así como la posibilidad de usar métodos de fabricación por adición como la impresión en 3D. Nuestro sueño con iPES-3DBat era desarrollar materiales que permitieran a la gente imprimir su propia batería en casa».

De los biopolímeros a las aplicaciones de bajo consumo energético

Mientras que las células de batería tradicionalmente tenían una estructura planar, las tintas imprimibles en 3D permitirían crear diferentes formas. También proporcionarían una mayor potencia y densidad de energía gracias al aumento de la superficie total de los electrodos. Para crear estas tintas, en el proyecto iPES-3DBat se utilizaron polímeros redox novedosos, desarrollados previamente en iPES, que incluyen biopolímeros abundantes en la naturaleza, como la lignina, que además simplifican el proceso de reciclaje. Además de su optimización para la impresión en 3D, los biopolímeros tienen en común tres características principales: son seguros para el medio ambiente, no contienen sustancias químicas tóxicas y están hechos de recursos renovables. «La parte de la impresión en 3D no fue fácil. Tuvimos que imprimir entre tres y cinco capas diferentes (capa conductora, ánodo, cátodo y electrolito) y asegurarnos de que todas funcionaran juntas sin problemas», señala Mecerreyes. En el proyecto se demostraron satisfactoriamente varias baterías poliméricas 3D, aunque todavía no pueden competir con las baterías de iones de litio en usos de alto consumo energético, como los vehículos eléctricos o los teléfonos móviles, pero así y todo son útiles, como señala Mecerreyes: «Podríamos prever usos en nichos concretos para las baterías finas o 3D en (micro)electrónica, salud, el internet de cosas o los juguetes, por ejemplo». Los prototipos de batería funcionan bastante bien con tensiones ajustables entre 0,5 y 1,5 V y una densidad de energía/potencia del orden de 80,6 Wh kg-1 / 348 kW kg-1, que podría ser suficiente para tales usos. Las baterías son bastante robustas y pueden tener una vida útil de más de mil ciclos. «Con POLYKEY, ahora pretendemos comercializar polímeros para baterías, así como soluciones de polímeros sostenibles para el reciclaje de plástico y la industria de base biológica. Desde la finalización del proyecto, estamos trabajando en ampliar nuestra cartera de materiales y en buscar socios e inversores interesados en esta tecnología», concluye Mecerreyes.

Palabras clave

iPES-3DBat, iones de litio, POLYKEY, biopolímeros, baterías de estado sólido

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