Las baterías de metal-aire son uno de los tipos de baterías más livianas y compactas disponibles, pero pueden tener una limitación importante: cuando no están en uso, se degradan rápidamente, ya que la corrosión corroe sus electrodos metálicos. Ahora, los investigadores del MIT tienenencontró una manera de reducir sustancialmente esa corrosión, haciendo posible que dichas baterías tengan una vida útil mucho más larga.
Si bien las baterías de iones de litio recargables típicas solo pierden alrededor del 5 por ciento de su carga después de un mes de almacenamiento, son demasiado costosas, voluminosas o pesadas para muchas aplicaciones. Las baterías de aluminio-aire primarias no recargables son mucho menos costosas y máscompacto y liviano, pero pueden perder el 80 por ciento de su carga por mes.
El diseño del MIT supera el problema de la corrosión en las baterías de aluminio y aire al introducir una barrera de aceite entre el electrodo de aluminio y el electrolito, el fluido entre los dos electrodos de la batería que se come al aluminio cuando la batería está en espera.el aceite se bombea rápidamente y se reemplaza con electrolito tan pronto como se usa la batería. Como resultado, la pérdida de energía se reduce a solo 0.02 por ciento al mes, más de mil veces mejor.
Los hallazgos se informan hoy en la revista ciencia por el ex alumno graduado del MIT Brandon J. Hopkins '18, el profesor de energía WM Keck Yang Shao-Horn y el profesor de ingeniería mecánica Douglas P. Hart.
Si bien se han utilizado varios otros métodos para extender la vida útil de las baterías de metal-aire que pueden usar otros metales como sodio, litio, magnesio, zinc o hierro, estos métodos pueden sacrificar el rendimiento, dice Hopkins.otros enfoques implican reemplazar el electrolito con una formulación química diferente y menos corrosiva, pero estas alternativas reducen drásticamente la energía de la batería.
Otros métodos implican bombear el electrolito líquido durante el almacenamiento y volver a colocarlo antes de su uso. Estos métodos aún permiten una corrosión significativa y pueden obstruir los sistemas de plomería en la batería. Debido a que el aluminio es hidrófilo atrae el agua incluso después de que el electrolito se drena.En el paquete, el electrolito restante se adherirá a las superficies de los electrodos de aluminio. "Las baterías tienen estructuras complejas, por lo que hay muchas esquinas para que el electrolito quede atrapado", lo que resulta en corrosión continua, explica Hopkins.
Una clave para el nuevo sistema es una membrana delgada colocada entre los electrodos de la batería. Cuando la batería está en uso, ambos lados de la membrana se llenan con un electrolito líquido, pero cuando la batería se pone en espera, se bombea aceiteel lado más cercano al electrodo de aluminio, que protege la superficie de aluminio del electrolito en el otro lado de la membrana.
El nuevo sistema de batería también aprovecha una propiedad del aluminio llamada "oleofobia subacuática", es decir, cuando el aluminio se sumerge en agua, repele el aceite de su superficie. Como resultado, cuando la batería se reactiva y se electrolitaBombeado nuevamente, el electrolito desplaza fácilmente el aceite de la superficie de aluminio, lo que restaura las capacidades de potencia de la batería. Irónicamente, el método MIT de supresión de corrosión explota la misma propiedad del aluminio que promueve la corrosión en los sistemas convencionales.
El resultado es un prototipo de aluminio-aire con una vida útil mucho más larga que la de las baterías convencionales de aluminio-aire. Los investigadores mostraron que cuando la batería se usaba repetidamente y luego se ponía en espera durante uno o dos días, el diseño del MIT duraba24 días, mientras que el diseño convencional duró solo tres. Incluso cuando el aceite y un sistema de bombeo se incluyen en paquetes de baterías de aluminio y aire primarios ampliados, son cinco veces más livianos y dos veces más compactos que los paquetes de baterías de iones de litio recargables paravehículos eléctricos, informan los investigadores.
Hart explica que el aluminio, además de ser muy económico, es uno de los "materiales de almacenamiento de mayor densidad de energía química que conocemos", es decir, es capaz de almacenar y entregar más energía por libra que casi cualquier otra cosa, consolo los bromo, que son caros y peligrosos, son comparables. Él dice que muchos expertos piensan que las baterías de aluminio y aire pueden ser el único reemplazo viable para las baterías de iones de litio y para la gasolina en los automóviles.
Las baterías de aluminio y aire se han utilizado como extensores de alcance para vehículos eléctricos para complementar las baterías recargables incorporadas, para agregar muchas millas adicionales de conducción cuando la batería incorporada se agota. También a veces se usan como fuentes de energía en ubicaciones remotaso para algunos vehículos submarinos, pero si bien estas baterías se pueden almacenar durante largos períodos de tiempo sin usar, tan pronto como se encienden por primera vez, comienzan a degradarse rápidamente.
Hart explica que tales aplicaciones podrían beneficiarse enormemente de este nuevo sistema, porque con las versiones existentes, "realmente no puede apagarlo. Puede vaciarlo y retrasar el proceso, pero realmente no puede apagarlo."Sin embargo, si se usara el nuevo sistema, por ejemplo, como un extensor de alcance en un automóvil", podría usarlo y luego entrar en su camino de entrada y estacionarlo durante un mes, y luego regresar y esperar que tenga unbatería utilizable ... Realmente creo que esto es un cambio de juego en términos del uso de estas baterías ".
Con la mayor vida útil que podría proporcionar este nuevo sistema, el uso de baterías de aluminio y aire podría "extenderse más allá de las aplicaciones de nicho actuales", dice Hopkins. El equipo ya ha solicitado patentes en el proceso.
La investigación fue apoyada por el Laboratorio MIT Lincoln.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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