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Apostando por un avance en la batería Metal-Air
Una escisión de la Universidad Estatal de Arizona dice que puede desarrollar una batería de metal-aire que supere drásticamente a las mejores baterías de iones de litio del mercado, y ahora tiene la financiación que necesita para demostrarlo.
Sal líquida: Esta imagen muestra líquidos iónicos (los glóbulos azules) en un vaso de precipitados de aceite mineral.
El Departamento de Energía de EE. UU. Otorgó la semana pasada una subvención de investigación de $ 5.13 millones a Scottsdale, AZ Energía fluídica hacia el desarrollo de una batería de metal-aire que se basa en líquidos iónicos, en lugar de una solución acuosa, como su electrolito.
La compañía tiene como objetivo construir una batería de líquido iónico de metal-aire que tenga hasta 11 veces la densidad de energía de las principales tecnologías de iones de litio por menos de un tercio del costo. Cody Friesen , profesor de ciencia de materiales en el estado de Arizona y fundador de Fluidic Energy, dice que el uso de líquidos iónicos supera muchos de los problemas que han frenado las baterías de metal-aire en el pasado. No estoy afirmando que lo tengamos todavía, pero si lo logramos, realmente cambiará la forma en que pensamos sobre el almacenamiento, dice Friesen, quien fue nombrado uno de los Revisión de tecnología Principales innovadores menores de 35 años en 2009.
Las baterías de metal-aire, como las que usan un zincanode, generalmente dependen de electrolitos a base de agua. El oxígeno del aire ambiente se aspira a través de un electrodo de aire poroso (-cátodo) y produce iones hidroxilo en contacto con el electrolito. Estos iones llegan al ánodo y comienzan a oxidar el zinc, una reacción que produce corriente a través de la liberación de electrones.
Pero como cualquier solución acuosa, el agua en el electrolito puede evaporarse, provocando que las baterías fallen prematuramente. El agua también tiene una ventana electroquímica relativamente baja, lo que significa que comenzará a descomponerse cuando la celda supere los 1,23 voltios. Estos fueron dos problemas que los investigadores de la Academia de la Fuerza Aérea de EE. UU. Comenzaron a abordar hace unos 25 años. A principios de la década de 1980, experimentaron con líquidos iónicos, sales que son líquidas a temperatura ambiente y que a menudo pueden permanecer líquidas a temperaturas bajo cero o por encima del punto de ebullición del agua.
Son fluidos maravillosos. Son extraordinarios, dice John Wilkes , un experto en líquidos iónicos que dirige el departamento de química de la academia. Si miras estos líquidos en una botella, parecen agua, excepto que son viscosos. No son volátiles, no se evaporan, son físicamente estables y conducen la electricidad bastante bien.
Friesen, cuyo equipo de investigación del estado de Arizona ha pasado los últimos años experimentando con varios líquidos iónicos, dice que una batería de metal-aire que usa un líquido iónico como electrolito no solo funciona mucho más tiempo, porque el secado ya no es un problema, sino que también obtiene un gran impulso en la densidad de energía. Estos líquidos tienen ventanas de estabilidad electroquímica de hasta cinco voltios, por lo que le permite ir a metales mucho más densos en energía que el zinc. Él dice que su equipo de investigación se enfocará en densidades de energía de al menos 900 vatios-hora por kilogramo y hasta 1,600 vatios-hora por kilogramo en el proyecto financiado por el DOE.
El problema con los líquidos iónicos es que todavía se fabrican en pequeñas cantidades, lo que los hace más caros en comparación con muchos otros disolventes que se utilizan para disolver las sales. Pero algunas personas ahora están produciendo líquidos iónicos a partir de cosas que ya se conocen y se producen en grandes cantidades, como los detergentes, dice Wilkes.
Robin Rogers , profesor de química en la Universidad de Alabama, dice que el desafío es encontrar líquidos iónicos básicos con el conjunto adecuado de propiedades que puedan cambiar por completo la ecuación económica de las baterías de metal-aire. No es imposible, dice. Miro los líquidos iónicos y digo, dé un paso atrás, porque debe hacerlo de una manera completamente diferente.
Friesen minimiza la preocupación por los costos y señala que los líquidos se vuelven bastante económicos cuando se desarrollan internamente en grandes volúmenes. Sin embargo, tiene cuidado de no decir demasiado sobre los líquidos iónicos que ha desarrollado su equipo, y solo revela que hay varios contendientes que parecen funcionar bien.
Friesen también es cauteloso cuando habla del otro componente clave de la investigación de Fluidic Energy: una estructura de electrodo metálico que supera el problema de la formación de dendritas. Estas estructuras en forma de rama pueden crecer, por ejemplo, en un electrodo de zinc y provocar un cortocircuito en una batería de metal-aire. La formación de dendrita ocurre en las baterías recargables cuando las reacciones químicas se invierten, lo que limita el número de ciclos de carga. Fluidic Energy ha desarrollado un andamio de electrodos con porosidad multimodal, lo que significa que tiene un rango de tamaños de poros de hasta 10 nanómetros. El andamio rodea el metal, en este caso zinc, y puede prevenir la formación de dendritas durante la carga.
Con la capacidad de eliminar la evaporación, aumentar el voltaje y eliminar las dendritas, ahora estamos trabajando para llevarlo al siguiente nivel, dice Friesen. Se trata de tomar todo lo que hemos hecho durante los últimos cuatro años y aprovechar ese trabajo en una batería que se ve y se siente como una batería de litio, pero que tiene densidades de energía mucho mayores.
Esto significaría que el almacenamiento de energía ya no sería un factor limitante para la energía renovable y los vehículos eléctricos que podrían viajar de 400 a 500 millas con una sola carga, dice, a un costo un poco más que las baterías de plomo-ácido.