Baterías de iones de aluminio con mayor capacidad de almacenamiento
Un equipo de investigadores desarrolla un polímero orgánico redox como material de electrodos positivos para baterías de iones de aluminio
Las baterías de iones de aluminio se consideran una alternativa prometedora a las baterías convencionales que utilizan materias primas escasas y difíciles de reciclar, como el litio. Esto se debe a que el aluminio es uno de los elementos más comunes de la corteza terrestre, es más fácil de reciclar y, además, es más seguro y barato que el litio. Sin embargo, el desarrollo de este tipo de baterías de iones de aluminio aún está en pañales, ya que todavía faltan materiales de electrodos adecuados que doten a estas baterías de suficiente capacidad de almacenamiento. Un equipo de investigación dirigido por Gauthier Studer y encabezado por la Prof. Dra. Birgit Esser, de la Universidad de Ulm, y el Prof. Dr. Ingo Krossing y la Prof. Dra. Anna Fischer, de la Universidad de Friburgo, ha desarrollado ahora un material de electrodo positivo consistente en un polímero redox orgánico a base de fenotiazina. En el experimento, las baterías de aluminio con este material de electrodos almacenaron una carga nunca antes alcanzada de 167 miliamperios hora por gramo (mAh/g). El polímero orgánico redox supera así la capacidad del grafeno, que hasta ahora se utilizaba como material de electrodo en las baterías. Los resultados se han publicado en la revista Energy & Environmental Science.
La estructura esquemática de la pila ilustra el proceso redox en el que se oxida el material del electrodo y se depositan aniones aluminato.
Birgit Esser (CC BY-NC 3.0: https://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0/de/)
El material del electrodo almacena aniones de aluminio complejos
El material del electrodo se oxida cuando se carga la pila y deposita aniones complejos de aluminato en el proceso. De este modo, el polímero orgánico redox poli(3-vinil-N-metilfenotiazina) consigue depositar reversiblemente dosaniones[AlCl4] durante la carga. Como electrolito, los investigadores utilizaron cloruro de etilmetilimidazolio como líquido iónico con adición de cloruro de aluminio. "El estudio de las baterías de aluminio es un campo de investigación apasionante con un gran potencial para los futuros sistemas de almacenamiento de energía", afirma Gauthier Studer. "Nuestro objetivo es desarrollar nuevos materiales orgánicos redox-activos que tengan un alto rendimiento y propiedades reversibles. Al investigar las propiedades redox de la poli(3-vinil-N-metilfenotiazina) en líquido iónico a base de cloroaluminato, hemos logrado un avance significativo al demostrar por primera vez un proceso redox reversible de dos electrones para un material de electrodo a base de fenotiazina."
La batería conserva el 88% de su capacidad tras 5.000 ciclos de carga a 10 C
La poli(3-vinil-N-metilfenotiazina) deposita losaniones[AlCl4] a potenciales de 0,81 y 1,65 voltios y ofrece capacidades específicas de hasta 167 mAh/g. En cambio, la capacidad de descarga del grafito como material de electrodos en baterías de aluminio es de 120 mAh/g. Tras 5.000 ciclos de carga, la batería presentada por el equipo de investigación conserva el 88% de su capacidad a 10 C, es decir, a una velocidad de carga y descarga de 6 minutos. A una tasa de C más baja, es decir, un tiempo de carga y descarga más largo, la batería recupera sin cambios sus capacidades originales.
"Con su alto voltaje de descarga y capacidad específica, así como su buena retención de la capacidad a tasas de C rápidas, el material de electrodo representa un gran avance en el desarrollo de baterías recargables de aluminio y, por tanto, de soluciones avanzadas y asequibles de almacenamiento de energía", afirma Birgit Esser.
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