Se encontraron importantes diferencias en la capacidad de almacenamiento de las baterías de agua en un proyecto financiado por el Departamento de Energía de Estados Unidos y la Fundación Nacional de Ciencias. Con este descubrimiento, es posible lograr pronto baterías sin litio.
Científicos de la Universidad A&M de Texas descubrieron una diferencia del 1000 % en la capacidad de almacenamiento de los electrodos de baterías de agua sin metales. Estas baterías son únicas en comparación con las de iones de litio.
Los científicos quieren centrarse en las células madre de este tipo de batería para lograr un mayor control sobre las cadenas de suministro nacionales. Con estas baterías, se pueden evitar posibles incendios gracias a su composición química más segura.
Según el profesor Lutkenhaus, las baterías acuosas constan de un electrodo, un ánodo y un cátodo. Los cátodos y los ánodos son polímeros que almacenan energía. Los electrolitos se mezclan con agua y sales orgánicas.
Interactúa con los electrodos y es clave para el almacenamiento de energía y la conducción de iones. Los polímeros radicales no conjugados y redox-activos son los mejores candidatos para baterías acuosas libres de metales . Los polímeros presentan una cinética redox rápida y un alto voltaje de descarga, lo que hace que la reacción sea compleja y difícil.
La Dra. Jodie Lutkenhaus, profesora de ingeniería química, afirmó: «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 aumentará considerablemente».
Si tenemos esta batería alternativa, podemos recurrir a esta química, donde el suministro es mucho más estable porque las podemos fabricar aquí en Estados Unidos, y los materiales para hacerlas están aquí.
«Si un electrodo se hincha demasiado durante el ciclo de carga y descarga, no puede conducir bien los electrones y se pierde todo el rendimiento», afirmó. «Creo que existe una diferencia del 1,000 % en la capacidad de almacenamiento de energía, dependiendo del electrolito elegido, debido a los efectos de la hinchazón».
Otros investigadores del proyecto mencionaron: «Demostramos la naturaleza de la reacción redox examinando electrolitos acuosos de carácter caotrópico/cosmotrópico variable mediante una microbalanza de cristal de cuarzo electroquímica con monitorización de la disipación en diferentes escalas de tiempo».
Para comprobar si el cátodo de la batería funciona mejor en presencia de ciertas sales, los investigadores observaron el proceso a nivel macroscópico . Midieron la cantidad exacta de agua y sal que entra en la batería durante su funcionamiento.
El Dr. Daniel Tabor , profesor asistente de química, dijo: “La teoría y el experimento a menudo trabajan en estrecha colaboración para comprender estos materiales. Una de las novedades que realizamos computacionalmente en este artículo es que cargamos el electrodo a múltiples estados de carga y observamos cómo responde el entorno a esta carga”.
Lo hicimos para explicar lo observado experimentalmente. Con esta nueva tecnología de almacenamiento de energía, se avanza hacia las baterías sin litio.
“Tenemos una mejor visión a nivel molecular de lo que hace que algunos electrodos de batería funcionen mejor que otros, y esto nos da evidencia sólida de hacia dónde avanzar en el diseño de materiales”.
El descubrimiento de importantes diferencias en la capacidad de almacenamiento de las baterías de agua marca un antes y un después. Pronto podremos contar con baterías sin litio.
Fuente: Nature Materials
