Una pila de zinc-yodo de gran estabilidad ya es una realidad
Investigadores de la Universidad de Adelaida han desarrollado un nuevo electrodo seco para pilas acuosas que proporciona cátodos con más del doble de rendimiento que las pilas de yodo e iones de litio.
"Hemos desarrollado una nueva técnica de electrodos para pilas de zinc-yodo que evita la tradicional mezcla húmeda de yodo", explica el profesor Shizhang Qiao, catedrático de Nanotecnología y director del Centro de Materiales en Energía y Catálisis de la Facultad de Ingeniería Química de la Universidad de Adelaida, que dirigió el equipo.
"Mezclamos materiales activos en forma de polvos secos y los enrollamos en gruesos electrodos autoportantes.
"Al mismo tiempo, añadimos al electrolito una pequeña cantidad de una sustancia química sencilla, llamada 1,3,5-trioxano, que se convierte en una película protectora flexible sobre la superficie de zinc durante la carga.
"Esta película impide que el zinc forme dendritas afiladas -estructuras en forma de aguja que pueden formarse en la superficie del ánodo de zinc durante la carga y la descarga- que pueden cortocircuitar la pila".
Las baterías acuosas de zinc-yodo ofrecen ventajas incomparables en cuanto a seguridad, sostenibilidad y coste para el almacenamiento a escala de red, pero adolecen de problemas de rendimiento en comparación con las baterías de iones de litio.
El equipo publicó sus resultados en la revista Joule.
"La nueva técnica de preparación de electrodos dio lugar a una carga récord de 100 mg de material activo por cm2", afirma Han Wu, investigador asociado de la Facultad de Ingeniería Química de la Universidad de Adelaida, del equipo que trabajó en el estudio.
"Tras cargar las pilas de petaca que fabricamos con los nuevos electrodos, éstas conservaron el 88,6 por ciento de su capacidad después de 750 ciclos, y las pilas monedero mantuvieron casi el 99,8 por ciento de su capacidad después de 500 ciclos".
"Observamos directamente cómo se forma la película protectora sobre el zinc mediante mediciones con infrarrojos de sincrotrón".
La elevada carga de yodo y la robustez de la interfaz de zinc permiten almacenar mucha más energía en cada pila con menor peso y coste. Esto podría acercar las pilas de zinc y yodo al uso en el mundo real para el almacenamiento a gran escala o en red.
El invento del equipo tiene varias ventajas sobre la tecnología de pilas existente:
- Mayor capacidad: los electrodos secos contienen más material activo que los húmedos, cuyo máximo suele estar por debajo de 2 mA h cm-2.
- Menor autodescarga y pérdida de lanzadera: los densos electrodos secos reducen la fuga de yodo al electrolito y la degradación del rendimiento.
- Mayor estabilidad del zinc: la película protectora in situ impide el crecimiento de dendritas, lo que prolonga mucho la vida útil del ciclo.
"La nueva tecnología beneficiará a los proveedores de almacenamiento de energía -especialmente para la integración de renovables y el equilibrio de la red-, que obtendrán baterías más baratas, seguras y duraderas", afirma el profesor Qiao.
"Las industrias que necesitan bancos de energía grandes y estables, por ejemplo, las empresas de servicios públicos y las microrredes, podrían adoptar esta tecnología antes".
El equipo tiene previsto seguir desarrollando la tecnología para ampliar sus capacidades.
"La producción de los electrodos podría ampliarse mediante la fabricación de bobina a bobina", explica Qiao.
"Optimizando los colectores de corriente más ligeros y reduciendo el exceso de electrolito, la densidad energética global del sistema podría duplicarse, pasando de unos 45 vatios-hora por kilogramo (Wh kg-1) a unos 90 Wh kg-1".
"También probaremos el rendimiento de otras químicas halógenas, como los sistemas de bromo, utilizando el mismo enfoque de proceso en seco".
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