Un equipo internacional de investigadores ha desarrollado una química de batería acuosa de iones duales de grafito||metal zinc que promete marcar todos los requisitos en lo que respecta a la seguridad, la sostenibilidad, la energía, la vida útil y las cadenas de suministro éticas.
En un artículo publicado en la revista Advanced Energy Materials, los científicos explican que el nuevo tipo de química celular para dual- Las baterías de iones o DIB utilizan un ánodo de zinc y un cátodo de grafito natural en un electrolito acuoso o «agua en bisal». Esta combinación de elementos es lo que la hace única.
Según los investigadores, la solución de «agua en bisal» altamente concentrada amplía la ventana de estabilidad electroquímica del electrolito y permite que el grafito sea un material catódico en un sistema acuoso práctico, algo que antes se creía imposible. Esto ayuda a estabilizar el electrolito a altos voltajes, permitiendo que el grafito se oxide electroquímicamente antes que el electrolito acuoso.
La nueva química es mejor para el medio ambiente porque utiliza cátodos hechos de materiales muy abundantes a base de carbono como el grafito natural
“La concentración de iones de sal es tan increíblemente alta que es casi como si ya no hubiera agua. Entonces, el electrolito acuoso no se descompone en voltajes donde lo haría normalmente, lo que permite el uso de grafito”, dijo Ismael Rodríguez Pérez, autor principal del estudio y científico de materiales en el Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico, en un comunicado de prensa. “Ese es el resultado más sorprendente de esto”.
Rodríguez Pérez dijo que la batería mostró un rendimiento prometedor durante las pruebas y que, con aproximadamente 2,3 a 2,5 voltios, alcanzó uno de los potenciales operativos más altos de cualquier batería acuosa.
El investigador también dijo que, además de mejorar el rendimiento de la batería, la nueva química es mejor para el medio ambiente porque los cátodos están hechos de materiales muy abundantes a base de carbono, como grafito natural, son menos costosos y se extraen de manera más sostenible que el níquel y el cobalto.
El uso de un electrolito acuoso también hace que las DIB sean más seguras, ya que no son inflamables en comparación con las baterías comerciales de iones de litio, que utilizan exclusivamente electrolitos no acuosos.
(Gráfico de Cortland Johnson , cortesía del PNNL).1049367
Rodríguez Pérez y su equipo explican en su artículo que, hasta ahora, el uso de grafito como cátodo ha estado limitado por la estrecha estabilidad electroquímica del agua, que tiene un tope de 1.100 voltios. La ventana de estabilidad electroquímica es el rango potencial entre el cual el electrolito no se oxida ni se reduce, y una vara de medición importante para la eficiencia de un electrolito en contacto con un electrodo. El grafito requeriría una ventana de estabilidad mucho más amplia. Y esto es lo que hace esta nueva química celular.
A pesar de estas ventajas, los DIB aún funcionan con solo un tercio de la capacidad de las baterías de iones de litio, que aún tienen una de las densidades de energía más altas de cualquier sistema comparable. Esta es la razón por la que las baterías de iones de litio son preferidas para aplicaciones móviles como teléfonos inteligentes y automóviles eléctricos.
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Para Rodríguez Pérez, sin embargo, la forma de hacer que los DIB compitan con sus contrapartes de litio es hacerlos tres veces más grandes, lograr un alto voltaje y, por lo tanto, convertirlos en candidatos adecuados para aplicaciones de almacenamiento de energía en la red.
