Los investigadores prueban una novedosa batería de titanio-aire

Es la primera vez que se publican los resultados experimentales de una batería de este tipo

27.03.2023 - Alemania

Científicos del Forschungszentrum Jülich han desarrollado y probado con éxito en laboratorio una novedosa batería de titanio-aire en colaboración con investigadores del Technion - Instituto Tecnológico de Israel en Haifa. Es la primera vez que se publican los resultados experimentales de una batería de este tipo en la que se utiliza titanio como material activo. Este metal es interesante como material de almacenamiento de electricidad porque cada átomo puede donar hasta cuatro electrones para la transferencia de carga, al tiempo que es relativamente ligero y extremadamente resistente.

Forschungszentrum Jülich / Ralf-Uwe Limbach

Forschungszentrum Jülich / Marcel Kaltenberg

Resultados científicos

El titanio es un material pasivo y estable. Los investigadores lograron utilizar su potencial electroquímico para el almacenamiento de energía eléctrica aplicando un líquido iónico denominado EMIm(HF_)2.3F. Los líquidos iónicos consisten en sales con un punto de fusión atípico y muy bajo, que se utilizan en diversas aplicaciones debido a sus propiedades eléctricas y materiales especiales.

Las pilas de titanio-aire tienen teóricamente una densidad energética dos o tres veces mayor que las pilas de zinc-aire, que se utilizan hoy en día como pilas de botón estándar en audífonos, módulos de control y sensores. El voltaje teórico de las pilas de titanio-aire es similar al de las pilas de zinc-aire. En los experimentos se ha podido medir una tensión media de la pila de hasta 1,2 voltios y corrientes de descarga relativamente altas, de hasta 0,75 mA ^cm-2.

Importancia social y científica

En las pilas de metal-aire, el metal contenido reacciona con el oxígeno del aire para liberar energía eléctrica. Este tipo de pila ocupa una posición especial entre las pilas, ya que uno de los dos socios de la reacción, el oxígeno, se obtiene del aire ambiente a través de un electrodo especial y no es necesario conservarlo en la pila. Por lo tanto, con estos sistemas se pueden alcanzar densidades de energía significativamente mayores que con los tipos de pilas comunes, al menos en teoría.

Por esta razón, las pilas metal-aire son especialmente adecuadas para aplicaciones en las que es importante un tamaño compacto. Otro campo de aplicación potencial son los sistemas de almacenamiento estacionario a gran escala que utilizan materiales de bajo coste, comunes y no tóxicos. Por ejemplo, el titanio, aunque conocido como un material caro, es mucho más barato que el litio en cuanto a costes de material, pero es más caro que el aluminio. El titanio es el noveno material más frecuente en la corteza terrestre, por lo que los recursos disponibles son correspondientemente abundantes.

Más información

Los materiales del ánodo para las pilas de metal-aire, zinc, aluminio, hierro y silicio para las pilas de silicio-aire son el principal objetivo de la investigación. El titanio, en cambio, apenas se ha tenido en cuenta como material activo, y aún no se dispone de resultados experimentales.

El desarrollo del nuevo concepto de batería se llevó a cabo en estrecha colaboración entre el Dr. Yasin Emre Durmus del Instituto Jülich de Investigación sobre Energía y Clima (IEK-9) dirigido por el Profesor Rüdiger-A. Eichel y el profesor Yair Ein-Eli del Technion, que pasó siete meses sabáticos en el IEK-9 como parte de la cooperación entre el Forschungszentrum Jülich, el Technion y la Universidad RWTH de Aquisgrán.

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Publicación original

Yasin Emre Durmus, Marcel Kaltenberg, Krzysztof Dzieciol, Maximilian Schalenbach, Danny Gelman, Boris Shvartsev, Hermann Tempel, Hans Kungl, Rüdiger-A. Eichel, Yair Ein-Eli; Breaking the passivity wall of metals: Exempli gratia non-aqueous Ti–air battery: Chemical Engineering Journal, Volume 461, 2023

https://www.quimica.es/noticias/1179951/los-investigadores-prueban-una-novedosa-bateria-de-titanio-aire.html