Los iones de cloruro del agua de mar, posibles sustitutos del litio en las baterías del futuro
El sodio, el potasio y el zinc han sido prometedores contendientes por el puesto del litio en las baterías recargables del futuro, pero los investigadores del Worcester Polytechnic Institute (WPI) han añadido a la mezcla un competidor inusual y más abundante: el cloruro, el ión de carga negativa más rico del agua de mar.
Xiaowei Teng
Xiaowei Teng, catedrático James H. Manning de Ingeniería Química del WPI, ha descubierto una nueva química redox potenciada por los iones de cloruro para el desarrollo de baterías ecológicas de agua de mar.
Las modernas baterías de iones de litio utilizadas en diversas aplicaciones, incluidos los vehículos eléctricos, pueden resultar problemáticas para el almacenamiento en red, dado su elevado coste y su dependencia de materiales críticos, como el cobalto, el níquel y el litio, así como su limitada disponibilidad geográfica. Por ejemplo, seis países poseen más del 85% de las reservas terrestres de litio.
Teng y sus colaboradores en la investigación -Heath Turner, catedrático de Ingeniería Química y Biológica de la Universidad de Alabama, y Lihua Zhang, Milinda Abeykoon, Gihan Kwon y Daniel Olds, todos ellos científicos investigadores del Laboratorio Nacional Brookhaven de Nueva York- fueron más allá de los límites de la actual tecnología de baterías ecológicas al aprovechar los iones cloruro para potenciar la química redox de los materiales de las baterías de óxido de hierro.
Este estudio reveló que la inserción de iones cloruro en el doble hidróxido estratificado Fe(OH)2 formaba un material cristalino intermedio Green Rust, que ayudaba a una reacción de conversión Fe(OH)2/FeOOH de transferencia de una carga y mejoraba la estabilidad de los ciclos. Esta nueva química redox del hierro se descubrió y examinó en el laboratorio del WPI. Teng y su estudiante de posgrado Sathya Narayanan Jagadeesan, autor principal del artículo, viajaron además a las instalaciones de usuarios del Departamento de Energía en el Laboratorio Nacional de Brookhaven para realizar experimentos de validación de los resultados mediante difracción de rayos X de sincrotrón operando y cartografía elemental de alta resolución.
Teng y su equipo del WPI fabricaron una batería acuosa, un pequeño prototipo a escala de laboratorio que funcionaba en el electrolito acuoso, utilizando electrodos hechos principalmente de elementos abundantes como óxidos e hidróxidos de hierro. Aunque el equipo no ha calculado el coste, el uso de materiales abundantes en la Tierra debería inclinar la balanza a su favor, afirma Teng. Estados Unidos produce cada año más de 15 millones de toneladas de residuos de chatarra que no se reciclan, muchos de los cuales existen en forma de óxido. Por tanto, la química de las pilas alcalinas de hierro recargables de la que se ha informado ayuda a reutilizar los materiales de desecho de hierro oxidado para el almacenamiento moderno de energía.
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