A medida que las baterías de iones de litio que alimentan la mayoría de los teléfonos, computadoras portátiles y vehículos eléctricos se vuelven cada vez más rápidas y de alto rendimiento, también se vuelven cada vez más caras e inflamables.
En una investigación publicada recientemente en Energy Storage Materials, un equipo de ingenieros del Rensselaer Polytechnic Institute demostró cómo podían, mediante el uso de electrolitos acuosos en lugar de los típicos electrolitos orgánicos, ensamblar una batería sustancialmente más segura y rentable que aún funciona bien.
Si echaras un vistazo dentro de una batería, encontrarías dos electrodos: un ánodo y un cátodo. Estos electrodos están sumergidos en un electrolito líquido que conduce iones a medida que la batería se carga y descarga.
Los electrolitos acuosos han sido observados para ese papel debido a su naturaleza no inflamable y porque, a diferencia de los electrolitos no acuosos, no son sensibles a la humedad en el proceso de fabricación, lo que los hace más fáciles de trabajar y menos costosos. El mayor desafío con este material ha sido mantener el rendimiento.
«Si aplicas demasiado voltaje al agua, se electroliza, lo que significa que el agua se descompone en hidrógeno y oxígeno», dijo Nikhil Koratkar, profesor de ingeniería mecánica, aeroespacial y nuclear en Rensselaer.
«Esto es un problema porque luego se desgasifica y se consume el electrolito. Por lo general, este material tiene una ventana de voltaje muy limitada».
En esta investigación, Koratkar y su equipo, que incluía a Fudong Han, un profesor asistente de cátedra de mecánica, aeroespacial y la ingeniería nuclear -utilizado un tipo especial de electrolito acuoso conocido como agua-en-sal electrolito, que es menos probable que se electrolizado
Para el cátodo, los investigadores usaron óxido de litio y manganeso, y para el ánodo, usaron óxido de tungsteno de niobio, un óxido complejo que Koratkar dijo que no había sido explorado en una batería acuosa antes.
«Resulta que el óxido de tungsteno de niobio es sobresaliente en términos de energía almacenada por unidad de volumen», dijo Koratkar. «Volumétricamente, este fue, con mucho, el mejor resultado que hemos visto en una batería acuosa de iones de litio».
El óxido de tungsteno de niobio, explicó, es relativamente pesado y denso. Ese peso hace que su almacenamiento de energía se base en una masa aproximadamente promedio, pero el denso empaquetamiento de partículas de óxido de tungsteno de niobio en el electrodo hace que su almacenamiento de energía basado en el volumen sea bastante bueno. La estructura cristalina de este material también tiene canales bien definidos (o túneles) que permiten que los iones de litio se difundan rápidamente, lo que significa que puede cargarse rápidamente.
La combinación de la capacidad de carga rápida y la capacidad de almacenar una gran cantidad de carga por unidad de volumen, dijo Koratkar, es rara en las baterías acuosas.
Lograr ese tipo de rendimiento, con un bajo costo y una mayor seguridad, tiene implicaciones prácticas. Para aplicaciones emergentes como la electrónica portátil, los vehículos eléctricos y el almacenamiento en la red, la capacidad de empaquetar la cantidad máxima de energía en un volumen limitado se vuelve crítica.
Noticia de: Tech Xplore / Traducción libre del inglés por WorldEnergyTrade.com
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