La energía renovable a escala de red ha aumentado constantemente y, por lo tanto, varios investigadores han cambiado su atención de la producción de energía al almacenamiento de energía.
Las fuentes para producir energía renovable son intrínsecamente variables, como las células solares que transforman la luz solar en energía o los molinos de viento que convierten las corrientes de aire en corrientes eléctricas.
Los días tranquilos o muy nublados pueden provocar fluctuaciones obvias en la producción de energía de las fuentes renovables. Un obstáculo importante para la energía renovable a escala de la red es encontrar formas de almacenamiento eficiente de esas fuentes de energía generalmente intermitentes para un uso posterior y distribuido de manera más uniforme.
Bajo la guía del profesor CUI Guanglei y ZHAO Jingwen del Instituto de Bioenergía y Tecnología de Bioprocesos de Qingdao (QIBEBT), la Academia China de Ciencias (CAS), un equipo de investigadores está un paso más cerca de encontrar una solución a este problema de almacenamiento.
El enfoque del equipo se ha centrado en las baterías de iones duales (DIB) de cátodo de grafito y ánodo de zinc, ya que son económicas y exhiben capacidades de alto voltaje, lo que las convierte en un candidato potencial para dispositivos de almacenamiento enormes a escala de red. Los resultados del estudio fueron publicados en internacional de Angewandte Chemie edición del 18 de Agosto de 2020.
En los DIB, la deposición de Zn tiene lugar en un ánodo de Zn como parte del proceso de carga, mientras que los aniones cargados negativamente se unen al cátodo de grafito, lo que permite el almacenamiento de energía para su uso posterior. Este proceso se llama intercalación. Pero las baterías de zinc / grafito tienen un inconveniente.
«Desafortunadamente, los aniones que se usan a menudo para las reacciones de intercalación de grafito podrían tornarse complejos con el carbonato del electrolito. Esto disminuye la estabilidad de oxidación del carbonato e impide el desarrollo de DIBs de alta eficiencia, baja autodescarga y larga vida útil de almacenamiento/ciclaje». CUI Guanglei, profesor, Instituto de Bioenergía y Tecnología de Bioprocesos de Qingdao, Academia China de Ciencias.
Lo más importante es que los electrolitos utilizados para cambiar la carga a través de la batería experimentarían una descomposición oxidativa en las regiones de alto voltaje, lo que disminuye la eficiencia y la vida útil de la batería. Este es un problema crucial que debe resolverse antes de que este tipo de batería se utilice para el almacenamiento de energía a gran escala.
El nuevo método del equipo de investigación mejoró la estabilidad a la oxidación de los electrolitos a base de carbonato, modificando la estructura de solvatación del anión. Los investigadores agregaron un solvente de fosfato de trimetilo fuertemente donante de electrones (TMP) y pudieron capturar los aniones en el régimen de solvatación de TMP y disociar los aniones del solvente de carbonato.
Como resultado, el voltaje de funcionamiento de las baterías de zinc / grafito se incrementó en 0,45 V al mismo tiempo que aumentó la vida útil (retención de capacidad del 92% después de 1000 ciclos). Esto no solo podría aumentar la vida útil de las baterías de zinc / grafito, sino también mejorar la capacidad de intercalación de aniones en grafito. Los autores enfatizaron que «una comprensión profunda y la regulación de la estructura de solvatación de aniones es esencial».
El enfoque de su próximo estudio será mejorar la densidad de energía, inhibir el comportamiento de autodescarga y reducir el costo del electrolito para las baterías de zinc / grafito. El objetivo final es lograr la comercialización de la batería de zinc / grafito en almacenamiento de energía a escala de red.
Noticia tomada de: AZO Materials / Traducción libre del inglés por WorldEnergyTrade.com
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