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Un nuevo concepto para una batería de aluminio tiene el doble de densidad de energía que las versiones anteriores, está hecho de abundantes materiales y podría reducir los costos de producción y el impacto ambiental.
Cortesía de Chalmers: El uso de la tecnología de baterías de aluminio podría ofrecer varias ventajas, incluida una alta densidad de energía teórica y el hecho de que ya existe una industria establecida para su fabricación y reciclaje. En comparación con las baterías de iones de litio actuales, el nuevo concepto de los investigadores podría dar como resultado costos de producción notablemente más bajos. La idea tiene potencial para aplicaciones a gran escala, incluido el almacenamiento de energía solar y eólica. Los investigadores de la Universidad Tecnológica de Chalmers, Suecia, y el Instituto Nacional de Química, Eslovenia, están detrás de la idea.
«Los costos de materiales y los impactos ambientales que prevemos de nuestro nuevo concepto son mucho más bajos de lo que vemos hoy, lo que los hace factibles para el uso a gran escala, como parques de celdas solares o almacenamiento de energía eólica, por ejemplo», dice Patrik Johansson , Profesor del Departamento de Física de Chalmers.
«Además, nuestro nuevo concepto de batería tiene el doble de densidad de energía en comparación con las baterías de aluminio que son» lo último en tecnología «en la actualidad».
Los diseños anteriores para baterías de aluminio han utilizado el aluminio como el ánodo (el electrodo negativo) y el grafito como el cátodo (el electrodo positivo). Pero el grafito proporciona un contenido energético demasiado bajo para crear celdas de batería con un rendimiento suficiente para ser útil.
Pero en el nuevo concepto, presentado por Patrik Johansson y Chalmers, junto con un grupo de investigación en Ljubljana dirigido por Robert Dominko, el grafito ha sido reemplazado por un cátodo orgánico nanoestructurado, hecho de la molécula de antraquinona basada en carbono.
El cátodo de antraquinona ha sido ampliamente desarrollado por Jan Bitenc, anteriormente investigador invitado en Chalmers del grupo del Instituto Nacional de Química en Eslovenia.
La ventaja de esta molécula orgánica en el material del cátodo es que permite el almacenamiento de portadores de carga positiva del electrolito, la solución en la que los iones se mueven entre los electrodos, lo que hace posible una mayor densidad de energía en la batería.
“Debido a que el nuevo material del cátodo permite utilizar un portador de carga más apropiado, las baterías pueden aprovechar mejor el potencial del aluminio. Ahora, continuamos el trabajo buscando un electrolito aún mejor. La versión actual contiene cloro, queremos deshacernos de eso ”, dice el investigador de Chalmers Niklas Lindahl, quien estudia los mecanismos internos que rigen el almacenamiento de energía.
Hasta ahora, no hay baterías de aluminio disponibles comercialmente, e incluso en el mundo de la investigación son relativamente nuevas. La pregunta es si las baterías de aluminio podrían eventualmente reemplazar las baterías de iones de litio.
“Por supuesto, esperamos que puedan hacerlo. Pero, sobre todo, pueden ser complementarios, asegurando que las baterías de iones de litio solo se usen donde sea estrictamente necesario. Hasta ahora, las baterías de aluminio son solo la mitad de densas en energía que las baterías de iones de litio, pero nuestro objetivo a largo plazo es lograr la misma densidad de energía. Queda trabajo por hacer con el electrolito y con el desarrollo de mejores mecanismos de carga, pero el aluminio es, en principio, un portador de carga significativamente mejor que el litio, ya que es multivalente, lo que significa que cada ion ‘compensa’ varios electrones. Además, las baterías tienen el potencial de ser significativamente menos dañinas para el medio ambiente ”, dice Patrik Johansson.
Lea el artículo «Concepto y mecanismo electroquímico de un ánodo de metal Al – batería de cátodo orgánico», publicado en la revista Energy Storage Materials.
Texto: Joshua Worth, joshua.worth@chalmers.se y Mia Halleröd Palmgren, mia.hallerodpalmgren@chalmers.se
Foto: Henrik Sandsjö (Patrik Johansson) y Mia Halleröd Palmgren (Niklas Lindahl)
Para mas información contacte:
Patrik Johansson, Profesor, Departamento de Física, Universidad Tecnológica de Chalmers patrik.johansson@chalmers.se
Niklas Lindahl, investigador, Departamento de Física, Universidad Tecnológica de Chalmers, actualmente con sede en el Departamento de Física de la Universidad de Gotemburgo +46 76 622 91 36 niklas.lindahl@chalmers.se
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