Un equipo descubre una gran capacidad de almacenamiento en las baterías de agua
Esta química más segura también evitaría incendios en las baterías
Investigadores de la Universidad A&M de Texas han descubierto una diferencia del 1.000% en la capacidad de almacenamiento de los electrodos de baterías de agua sin metal.
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Estas baterías son distintas de las de iones de litio que contienen cobalto. El objetivo del grupo de investigar baterías sin metal radica en tener un mejor control de la cadena de suministro nacional, ya que el cobalto y el litio se subcontratan. Esta química más segura también evitaría incendios en las baterías.
La Dra. Jodie Lutkenhaus, catedrática de Ingeniería Química, y el Dr. Daniel Tabor, profesor adjunto de Química, han publicado sus hallazgos sobre las baterías sin litio en Nature Materials.
"Ya no habría incendios de baterías porque están basadas en agua", dijo Lutkenhaus. "En el futuro, si se prevé escasez de materiales, el precio de las baterías de iones de litio subirá mucho. Si tenemos esta batería alternativa, podemos recurrir a esta química, donde el suministro es mucho más estable porque podemos fabricarlas aquí en Estados Unidos y los materiales para hacerlas están aquí."
Lutkenhaus explicó que las baterías acuosas constan de un cátodo, un electrolito y un ánodo. Los cátodos y los ánodos son polímeros capaces de almacenar energía, y el electrolito es agua mezclada con sales orgánicas. El electrolito es clave para la conducción de iones y el almacenamiento de energía a través de sus interacciones con el electrodo.
"Si un electrodo se hincha demasiado durante el ciclo, no puede conducir electrones muy bien y se pierde todo el rendimiento", explica. "Creo que hay una diferencia del 1.000% en la capacidad de almacenamiento de energía, dependiendo de la elección del electrolito debido a los efectos del hinchamiento".
Según su artículo, los polímeros radicales no conjugados redox-activos (electrodos) son candidatos prometedores para las baterías acuosas sin metales debido al alto voltaje de descarga de los polímeros y a su rápida cinética redox. La reacción es compleja y difícil de resolver debido a la transferencia simultánea de electrones, iones y moléculas de agua.
"Demostramos la naturaleza de la reacción redox examinando electrolitos acuosos de diverso carácter cao/kosmotrópico mediante microbalanza electroquímica de cristal de cuarzo con monitorización de la disipación en una gama de escalas temporales", según los investigadores en el artículo.
El grupo de investigación de Tabor complementó los esfuerzos experimentales con simulaciones y análisis computacionales. Las simulaciones permitieron comprender mejor la estructura y la dinámica a escala molecular microscópica.
"La teoría y el experimento suelen trabajar en estrecha colaboración para comprender estos materiales. Una de las cosas nuevas que hacemos computacionalmente en este trabajo es cargar el electrodo hasta múltiples estados de carga y ver cómo responde el entorno a esta carga", explica Tabor.
Los investigadores observaron macroscópicamente si el cátodo de la batería funcionaba mejor en presencia de ciertos tipos de sales midiendo exactamente cuánta agua y sal entraba en la batería mientras funcionaba.
"Lo hicimos para explicar lo que se ha observado experimentalmente", dijo. "Ahora nos gustaría ampliar nuestras simulaciones a sistemas futuros. Necesitábamos confirmar nuestra teoría de cuáles son las fuerzas que impulsan ese tipo de inyección de agua y disolvente".
"Con esta nueva tecnología de almacenamiento de energía, se da un paso adelante hacia las baterías sin litio. Tenemos una mejor imagen a nivel molecular de lo que hace que algunos electrodos de batería funcionen mejor que otros, y esto nos da pruebas sólidas de por dónde avanzar en el diseño de materiales", dijo Tabor.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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