Avanzando a toda marcha en el desarrollo de baterías sostenibles de zinc-yodo
Los oligosacáridos biodegradables resuelven un problema clave
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Mientras que el fuerte aumento de la demanda de baterías de iones de litio hace que los precios suban, los expertos de la Universidad de Flinders están avanzando en el desarrollo de una batería recargable acuosa de zinc-yodo que sea segura y más sostenible.
En su último estudio, publicado en la prestigiosa revista internacional Angewandte Chemie, el equipo de investigación de Flinders ha diseñado una batería acuosa de iones de zinc (AZIB) que puede cargarse y descargarse durante más de 60 000 ciclos.
«Las baterías recargables acuosas de zinc-yodo se perfilan como una alternativa viable a las baterías de iones de litio para el almacenamiento de energía a gran escala, y nuestro grupo está colaborando actualmente con la industria para crear una plataforma de prototipos para este sistema de baterías», afirma el profesor asociado de Química Zhongfan Jia, miembro del programa «Matthew Flinders Fellow» de la Facultad de Ciencias e Ingeniería de la Universidad de Flinders.
El yodo es una de las moléculas más simples que presentan reacciones electroquímicas reversibles y puede proporcionar una capacidad teórica de carga eléctrica de 211 mAh/g (miliamperios-hora por gramo). Sin embargo, uno de los principales retos de esta tecnología emergente de baterías es evitar que las especies de poli-yodo atraviesen el separador.
El sistema del equipo de la Universidad de Flinders se basa en un material huésped polimérico orgánico de bajo coste a base de ciclodextrina que atrapa y libera eficazmente los polihaluros en las AZIB, las cuales pueden funcionar a una tensión de entre 1,3 y 1,4 voltios (V) con una capacidad de 200 mAh/g durante más de 8 000 ciclos cuando se cargan completamente en siete minutos, o de 150 mAh/g durante más de 60 000 ciclos cuando se cargan completamente en solo tres minutos.
Las ciclodextrinas son una familia de oligosacáridos cíclicos producidos mediante conversión enzimática a partir del almidón. Las ciclodextrinas se han utilizado ampliamente en ingredientes alimentarios, farmacéuticos y cosméticos, y su exterior hidrofílico y su cavidad interior hidrofóbica, únicos en su género, las hacen ideales para encapsular poliioduros. Esta novedosa química «anfitrión-invitado» evita el efecto de vaivén de las especies de poli-yodo.
«Este sistema ofrece un nuevo enfoque para mitigar el efecto de vaivén de los poliioduros mediante el uso de polímeros derivados de oligosacáridos biodegradables y económicos, lo que permite la creación de baterías acuosas de zinc-yodo sostenibles y de larga duración», afirma el profesor asociado Jia.
El aumento de la demanda y el consumo de baterías de iones de litio (LIB), desde vehículos eléctricos hasta dispositivos electrónicos portátiles, ha provocado escasez de recursos, costosos problemas de suministro y graves dificultades en el reciclaje de residuos. Australia genera unas 3 300 toneladas de residuos de baterías LIB al año, cifra que se prevé que aumente a más de 136 000 toneladas para 2036.
Las AZIB suelen utilizar zinc metálico, y Australia posee las mayores reservas y recursos de zinc conocidos del mundo, lo que representa entre el 20 % y el 28 % del total mundial.
«Como uno de los principales productores y exportadores mundiales, podemos utilizar estos recursos de zinc para un almacenamiento de energía más seguro, lo cual es importante para la producción energética en Australia», afirma el primer coautor, Shangxu Jiang, estudiante de doctorado del Laboratorio Jia de la Universidad de Flinders, que trabaja en polímeros sostenibles para la energía y el medio ambiente.
El segundo coautor principal, Zhipeng Pei, en colaboración con la coautora principal, la profesora Michelle Coote de la Universidad de Flinders, diseñó el modelo computacional para respaldar este proyecto.
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