Una batería acuosa más segura, menos costosa y de carga rápida

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El nuevo ánodo para baterías acuosas permite el uso de agua de mar barata y abundante como electrolito

Baterías «verdes»

Las baterías de iones de litio son críticas para la vida moderna, desde la alimentación de nuestros ordenadores portátiles y teléfonos móviles hasta los nuevos juguetes de las fiestas. Pero hay un riesgo de seguridad: las baterías pueden incendiarse.

Las baterías acuosas a base de zinc evitan el riesgo de incendio utilizando un electrolito a base de agua en lugar del disolvente químico convencional. Sin embargo, el crecimiento descontrolado de las dendritas limita su capacidad de proporcionar el alto rendimiento y la larga vida útil necesarios para las aplicaciones prácticas.

Ahora los investigadores han informado en Nature Communications que un nuevo ánodo tridimensional de nanoaleación de zinc-manganeso ha superado las limitaciones, dando como resultado una batería acuosa estable, de alto rendimiento y sin dendritas que utiliza agua de mar como electrolito.

Xiaonan Shan, autor corresponsal del trabajo y profesor adjunto de ingeniería eléctrica y computacional en la Universidad de Houston, dijo que el descubrimiento ofrece una promesa para el almacenamiento de energía y otras aplicaciones, incluyendo vehículos eléctricos.

“Proporciona una batería estable de bajo costo y alta densidad de energía”, dijo. “Debería ser útil para baterías fiables y recargables”.

Shan y el estudiante de doctorado de la UH Guangxia Feng también desarrollaron una técnica de visualización óptica in situ, que les permite observar directamente la dinámica de la reacción en el ánodo en tiempo real. “Esta plataforma nos proporciona la capacidad de visualizar directamente la dinámica de la reacción del electrodo in situ”, dijo Shan. “Esta importante información proporciona evidencia directa y visualización de la cinética de la reacción y nos ayuda a entender fenómenos que antes no eran fácilmente accesibles”.

 

Qué demostraron las pruebas

Las pruebas determinaron que el novedoso ánodo tridimensional de nanoaleación de zinc-manganeso permaneció estable sin degradarse durante 1.000 horas de ciclo de carga/descarga bajo una alta densidad de corriente (80 mA/cm2).

El ánodo es el electrodo que libera la corriente de una batería, mientras que los electrolitos son el medio a través del cual la carga iónica fluye entre el cátodo y el ánodo. El uso de agua de mar como electrolito en lugar de agua altamente purificada ofrece otra vía para reducir el costo de la batería.

Los materiales tradicionales del ánodo utilizados en las baterías acuosas han sido propensos a las dendritas, pequeños crecimientos que pueden hacer que la batería pierda energía. Shan y sus colegas propusieron y demostraron una estrategia para minimizar y suprimir eficazmente la formación de dendritas en los sistemas acuosos mediante el control de la termodinámica de reacción de la superficie con una aleación de zinc y la cinética de reacción mediante una estructura tridimensional.

Shan dijo que los investigadores de la UH y de la Universidad de Florida Central están investigando actualmente otras aleaciones metálicas, además de la aleación de zinc y manganeso.