Un equipo de investigadores desarrolla una batería de sodio capaz de cargarse rápidamente en pocos segundos
Gran avance para superar las limitaciones actuales de los sistemas de almacenamiento de energía
El sodio (Na), que es más de 500 veces más abundante que el litio (Li), ha acaparado recientemente una gran atención por su potencial en las tecnologías de baterías de iones de sodio. Sin embargo, las baterías de iones de sodio existentes se enfrentan a limitaciones fundamentales, como una menor potencia de salida, propiedades de almacenamiento limitadas y tiempos de carga más largos, lo que hace necesario el desarrollo de materiales de almacenamiento de energía de nueva generación.
Figura 1. Procedimientos sintéticos esquemáticos de los materiales de ánodo y cátodo de alta capacidad/velocidad para un almacenamiento híbrido de energía de iones de sodio (SIHES) y sus mecanismos de almacenamiento de energía propuestos. Procedimientos sintéticos para (a) el ánodo de carbono/grafeno dopado con S (FS/C/G) ultrafino incrustado con sulfuro de hierro y (b) los materiales de cátodo de carbono poroso derivado del marco de imidazolato zeolítico (ZDPC). (c) Mecanismos propuestos de almacenamiento de energía de iones Na+ en el ánodo FS/C/G y de iones ClO-4 en el cátodo ZDPC para un SIHES.
KAIST Nano Materials Simulation and Fabrication Lab
Figura 2. Caracterizaciones electroquímicas de células completas SIHES de FS/C/G-20//ZDPC (izquierda). Diagramas de Ragone para FS/C/G-20//ZDPC (este trabajo) y otros dispositivos de almacenamiento electroquímico de energía de iones de sodio descritos anteriormente (derecha).
KAIST Nano Materials Simulation and Fabrication Lab
El 11 de abril, el KAIST (representado por su presidente, Kwang Hyung Lee) anunció que un equipo de investigación dirigido por el profesor Jeung Ku Kang, del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales, había desarrollado una batería híbrida de iones de sodio de alta energía y potencia capaz de cargarse rápidamente.
El innovador sistema híbrido de almacenamiento de energía integra materiales anódicos típicos de las baterías con cátodos adecuados para supercondensadores. Esta combinación permite al dispositivo alcanzar tanto altas capacidades de almacenamiento como rápidas velocidades de carga y descarga, lo que lo sitúa como una alternativa viable de próxima generación a las baterías de iones de litio.
Sin embargo, el desarrollo de una batería híbrida con alta densidad de energía y potencia requiere una mejora de la lenta tasa de almacenamiento de energía de los ánodos de tipo batería, así como la mejora de la capacidad relativamente baja de los materiales catódicos de tipo supercondensador.
Para ello, el equipo del profesor Kang utilizó dos marcos metalorgánicos distintos para la síntesis optimizada de baterías híbridas. Este planteamiento condujo al desarrollo de un material anódico con cinética mejorada mediante la inclusión de materiales activos finos en carbono poroso derivado de estructuras metalorgánicas. Además, se sintetizó un material de cátodo de alta capacidad, y la combinación de los materiales de cátodo y ánodo permitió desarrollar un sistema de almacenamiento de iones de sodio que optimizaba el equilibrio y minimizaba las disparidades en las tasas de almacenamiento de energía entre los electrodos.
La célula completa ensamblada, que comprende el ánodo y el cátodo de nuevo desarrollo, forma un dispositivo híbrido de almacenamiento de energía sodio-ión de alto rendimiento. Este dispositivo supera la densidad energética de las baterías comerciales de iones de litio y presenta las características de densidad de potencia de los supercondensadores. Se espera que sea adecuado para aplicaciones de carga rápida que van desde vehículos eléctricos a dispositivos electrónicos inteligentes y tecnologías aeroespaciales.
El profesor Kang señaló que el dispositivo híbrido de almacenamiento de energía de iones de sodio, capaz de realizar cargas rápidas y alcanzar una densidad energética de 247 Wh/kg y una densidad de potencia de 34.748 W/kg, representa un gran avance en la superación de las limitaciones actuales de los sistemas de almacenamiento de energía. Prevé aplicaciones más amplias en diversos dispositivos electrónicos, incluidos los vehículos eléctricos.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
Publicación original
Jong Hui Choi, Dong Won Kim, Do Hwan Jung, Keon-Han Kim, Jihoon Kim, Jeung Ku Kang; "Low-crystallinity conductive multivalence iron sulfide-embedded S-doped anode and high-surface area O-doped cathode of 3D porous N-rich graphitic carbon frameworks for high-performance sodium-ion hybrid energy storages"; Energy Storage Materials, Volume 68
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