Baterías sin materias primas críticas
El grupo de investigación berlinés "operando battery analysis" ha desarrollado una nueva química de células
El mercado de las baterías recargables está creciendo rápidamente, pero las materias primas necesarias son limitadas. Las baterías de iones de sodio, por ejemplo, podrían ofrecer una alternativa. Un grupo de investigación conjunto de la HZB y la Humboldt-Universität zu Berlin ha investigado nuevas combinaciones de soluciones electrolíticas y materiales de electrodos para este fin.
Con las técnicas de operando, es posible observar cómo los iones solvatados se incrustan en los electrodos de las baterías. Esto podría ayudar a desarrollar baterías alternativas.
© G. A. Ferrero
"A diferencia de las baterías de iones de litio, que se basan en el almacenamiento de iones de litio en los electrodos positivo y negativo de la batería, nosotros trabajamos, por un lado, con iones de sodio, ya que también se encuentran en la sal de mesa barata. Por otro lado, almacenamos los iones de sodio junto con su envoltura de disolvente, es decir, moléculas de disolvente de la solución electrolítica que separan los dos electrodos. Esto permite realizar reacciones de almacenamiento completamente nuevas", explica el profesor Philipp Adelhelm, que dirige el grupo de investigación "análisis de baterías operando", fundado conjuntamente por la Universidad Humboldt y el Helmholtz-Zentrum Berlin en 2020.
El almacenamiento de iones cuando van acompañados de su cáscara de solvatación en una red cristalina se denomina cointercalación. Hasta ahora, este concepto se limitaba al electrodo negativo de la batería de iones de sodio. Ahora, los investigadores de Adelhelm han conseguido ampliar el concepto al electrodo positivo de la pila. El Dr. Guillermo A. Ferrero, primer autor de la publicación, explica: "Con el disulfuro de titanio y el grafito hemos combinado por primera vez dos materiales que absorben y liberan el mismo disolvente durante la carga y la descarga de la batería". Los científicos pudieron observar los cambios en el material durante la carga y la descarga a través de mediciones operando realizadas en el Laboratorio Central de Rayos X de HZB en el LIMAX 160. Esto les ayudó a asignar la co-interpretación de la batería a los materiales que la componen. Esto les ayudó a asignar el mecanismo de co-intercalación dentro de la batería. A continuación, pudieron utilizar este nuevo conocimiento para realizar una batería con dos electrodos que dependen de la cointercalación reversible de las moléculas de disolvente.
"Todavía estamos en las primeras fases de comprensión de las implicaciones de las baterías de cointercalación. Pero podemos vislumbrar algunas ventajas", explica la Dra. Katherine A. Mazzio, del HZB: El proceso de cointercalación podría mejorar la eficiencia al permitir un mejor rendimiento a baja temperatura. También podría utilizarse para mejorar otros conceptos de celdas, como el uso de iones multivalentes en lugar del almacenamiento de Li+ o Na+, que son especialmente sensibles a la capa de solvatación".
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