La innovadora química celular desarrollada para la batería de iones dual
Lejos del cobalto y el níquel, hacia los recursos renovables
Una larga durabilidad, bajos costos y alta sostenibilidad: los requisitos para los sistemas estacionarios de almacenamiento de energía, por ejemplo para la energía eólica o solar, son altos. Una perspectiva prometedora es la todavía joven tecnología de iones duales. En una colaboración entre Pacific Northwest National Laboratory y el Centro de Investigación de baterías MEET, los científicos desarrollaron un nuevo tipo de batería de iones dual. La célula química de grafito || metal de zinc con un electrolito acuoso es más segura, más barata y más sostenible que los sistemas de almacenamiento de energía probados y mostró un rendimiento electroquímico prometedor. Además, se dilucidaron los mecanismos fundamentales dentro de la batería de iones dual.
Imagen simbólica
Manuchi, pixabay.com
Lejos del cobalto y el níquel, hacia los recursos renovables
Como posible tecnología de almacenamiento alternativa además de la batería de iones de litio (LIB) de última generación, especialmente para el almacenamiento de energía a gran escala, la batería de iones dual se está convirtiendo cada vez más en el centro de la investigación. A diferencia de la tecnología de iones de litio, esta tecnología permite evitar el uso de metales costosos y perjudiciales para el medio ambiente, como el níquel o el cobalto. Otra diferencia importante es el mecanismo de carga y descarga: en lugar de un solo tipo de ión - los iones de litio - los aniones del electrolito también participan en el almacenamiento de energía en la batería de doble ion. Así pues, el electrolito funciona como un material activo, lo que ofrece a los investigadores más posibilidades de optimización.
El prototipo de batería de doble ión muestra ventajas
El Laboratorio Nacional del Noroeste Pacific y el Centro de Investigación de Baterías MEET de la Universidad de Münster tienen una experiencia particular en la investigación de la tecnología de doble ion. El novedoso prototipo de laboratorio de una célula de batería de iones dual desarrollado por el equipo de investigación transatlántico mostró varias ventajas: "La célula química de grafito || zinc metal con el electrolito acuoso especialmente desarrollado exhibe ventajas con respecto al coste, la sostenibilidad y la seguridad en comparación con las baterías de iones de litio, debido a los materiales utilizados", explica el Dr. Tobias Placke, Jefe de Grupo de Materiales en el Centro de Investigación de Baterías MEET. Por ejemplo, el cátodo del dispositivo de almacenamiento de energía puede consistir en carbones grafíticos, que pueden ser producidos a partir de materias primas renovables. Además, el agua y los aglutinantes biológicos, como los que se encuentran en el yogur, pueden utilizarse en la producción de electrodos. Además, el ánodo de zinc basado en el metal ofrece una mejor disponibilidad de material.
Hasta ahora, la densidad de energía de las baterías de iones dobles no puede competir con las baterías de iones de litio. El novedoso sistema mostró un rendimiento electroquímico prometedor, que será optimizado en futuras investigaciones.
"En nuestras investigaciones, pudimos dilucidar con éxito los mecanismos básicos de intercalación de aniones en el grafito en un sistema de base acuosa mediante trabajos experimentales y simulaciones por ordenador. De este modo, hemos obtenido importantes conocimientos para futuras investigaciones sobre la tecnología de iones duales para el almacenamiento de energía a nivel de red", explica el Dr. Ismael Rodríguez-Pérez de Pacific Northwest National Laboratory.
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Publicación original
Ismael A. Rodríguez‐Pérez, Lu Zhang, Jens Matthies Wrogemann, Darren M. Driscoll, Maria L. Sushko, Kee Sung Han, John L. Fulton, Mark H. Engelhard, Mahalingam Balasubramanian, Vilayanur V. Viswanathan, Vijayakumar Murugesan, Xiaolin Li, David Reed, Vincent Sprenkle, Martin Winter, Tobias Placke; "Enabling Natural Graphite in High‐Voltage Aqueous Graphite || Zn Metal Dual‐Ion Batteries"; Advanced Energy Materials; 2020
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