Científicos de la Universidad A&M de Texas han estado trabajando con electrodos de batería sin metal y a base de agua, y están descubriendo que la diferencia en la capacidad de almacenamiento de energía es de hasta un 1.000%.

La Dra. Jodie Lutkenhaus, catedrática de Ingeniería Química, y el Dr. Daniel Tabor, profesor adjunto de Química, han descubierto una importante capacidad de almacenamiento en baterías acuosas.

Las baterías acuosas sin metales pueden resolver la escasez prevista de metales estratégicos y los problemas de seguridad de las baterías de iones de litio.

Investigadores de la Universidad A&M de Texas (EE.UU.) han estudiado los electrodos de baterías acuosas sin metales y han descubierto que la diferencia en capacidad de almacenamiento de energía es de hasta el 1.000%.

Estas baterías son diferentes de las de iones de litio que contienen cobalto. El equipo de la universidad que ha estado investigando las baterías sin metal surge de la necesidad de tener un mejor control sobre la cadena de suministro nacional, ya que el cobalto y el litio se subcontratan.

Según los investigadores, las baterías acuosas constan de un cátodo, un electrolito y un ánodo, como una batería normal. Pero en esta batería acuosa, los ánodos y cátodos son polímeros que pueden almacenar energía, y el electrolito es agua mezclada con sales orgánicas. El electrolito transfiere los iones de un lado a otro entre el cátodo y el ánodo, y el electrolito también es clave para el almacenamiento de energía a través de sus interacciones con el electrodo.

Si un electrodo se hincha demasiado durante el ciclo, no puede conducir electrones muy bien y se pierde todo el rendimiento. Creo que hay una diferencia del 1.000% en la capacidad de almacenamiento de energía, dependiendo de la elección del electrolito debido a los efectos del hinchamiento.

Dra. Jodie Lutkenhaus, catedrática de Ingeniería Química.

Según su artículo, los electrodos, polímeros radicales no conjugados redox-activos, son candidatos prometedores para las baterías acuosas sin metales debido a la alta tensión de descarga y la rápida cinética redox de los polímeros. Sin embargo, poco se sabe sobre el mecanismo de almacenamiento de energía de estos polímeros en un medio acuoso. La reacción en sí es compleja y difícil de resolver debido a la transferencia simultánea de electrones, iones y moléculas de agua.

Los investigadores sugieren que las baterías sin metales podrían mitigar la posible escasez de metales como el cobalto y el litio. También se evitarían los incendios de baterías.

Ya no habría incendios de baterías porque están basadas en agua. En el futuro, si se prevé escasez de materiales, el precio de las baterías de iones de litio subirá mucho. Si tenemos esta batería alternativa, podemos recurrir a esta química, cuyo suministro es mucho más estable porque podemos fabricarlas aquí, en Estados Unidos, y los materiales para fabricarlas están aquí.

Dra. Jodie Lutkenhaus

El equipo de investigación también llevó a cabo simulaciones y análisis computacionales, que permitieron conocer la imagen microscópica a escala molecular de la estructura y la dinámica. Observaron si el cátodo de la batería funcionaba mejor en presencia de ciertos tipos de sales midiendo exactamente cuánta agua y sal entraba en la batería mientras funcionaba.

Con esta nueva tecnología de almacenamiento de energía, se da un paso adelante hacia las baterías sin litio. Tenemos una mejor imagen a nivel molecular de lo que hace que algunos electrodos de batería funcionen mejor que otros, y esto nos da pruebas sólidas de por dónde avanzar en el diseño de materiales.

Dra. Jodie Lutkenhaus

Fuente: ecoinventos.com