Investigadores de la Universidad de Houston y el Toyota Research Institute of America han descubierto una nueva y prometedora versión de baterías de magnesio de alta energía, con aplicaciones potenciales que van desde vehículos eléctricos hasta almacenamiento de baterías para sistemas de energía renovable.
La batería, informó el 21 de diciembre julio , es el primer informe que funciona con electrolitos limitados mientras usa un electrodo orgánico, un cambio que según los investigadores le permite almacenar y descargar mucha más energía que las baterías de magnesio anteriores. Usaron un electrolito libre de cloruro, otro cambio del tradicionalelectrolito utilizado por las baterías de magnesio, lo que permitió el descubrimiento.
Yan Yao, profesor asociado de ingeniería eléctrica e informática en UH, dijo que los investigadores pudieron confirmar que el cloruro en el electrolito de uso común contribuye a un rendimiento lento. "El problema que estábamos tratando de abordar es el impacto del cloruro".dijo "Se usa universalmente"
Yao, quien también es investigador principal del Centro de Superconductividad de Texas en UH, y su equipo utilizó el electrolito libre de cloruro para probar los cátodos orgánicos de polímero de quinona con un ánodo de magnesio metálico, informando que entregaron hasta 243 vatios por horakilogramo, con una potencia medida de hasta 3,4 kilovatios por kilogramo. La batería se mantuvo estable durante 2,500 ciclos.
Los científicos han pasado décadas buscando una batería de magnesio de alta energía, con la esperanza de aprovechar las ventajas naturales que tiene el magnesio sobre el litio, el elemento utilizado en las baterías de iones de litio estándar. El magnesio es mucho más común y, por lo tanto, menos costoso, y esno es propenso a las brechas en su estructura interna, conocidas como dendritas, que pueden hacer que las baterías de litio exploten y se incendien.
Pero las baterías de magnesio no serán comercialmente competitivas hasta que puedan almacenar y descargar grandes cantidades de energía. Yao dijo que los materiales anteriores de cátodos y electrolitos han sido un obstáculo.
El cátodo es el electrodo desde el cual fluye la corriente en una batería, mientras que los electrolitos son el medio a través del cual fluye la carga iónica entre el cátodo y el ánodo.
Otros investigadores en el proyecto incluyen a los primeros autores Hui Dong, un estudiante de doctorado en UH, y Yanliang Leonard Liang, profesor asistente de investigación en UH; Oscar Tutusaus y Rana Mohtadi, ambos con el Toyota Research Institute of North America; y estudiantes de doctorado en UHYe Zhang y Fang Hao.
"A través de la combinación óptima de cátodos orgánicos de polímeros de carbonilo y electrolitos que permiten el almacenamiento de Mg, podemos demostrar una alta energía específica, potencia y estabilidad de ciclo que rara vez se ven en las baterías de Mg", escribieron.
Liang señaló que hasta ahora, el mejor cátodo para baterías de magnesio ha sido un sulfuro de molibdeno en fase Chevrel, desarrollado hace casi 20 años. No tiene el poder ni la capacidad de almacenamiento de energía para competir con las baterías de litio, dijo.
Pero informes recientes sugieren que los materiales de cátodos orgánicos pueden proporcionar una alta capacidad de almacenamiento a temperatura ambiente. "Teníamos curiosidad por qué", dijo Liang.
Dong dijo que ambos cátodos de polímeros orgánicos probados proporcionaron un voltaje más alto que el cátodo de fase Chevrel.
Yao dijo que la investigación futura se centrará en mejorar aún más la capacidad y el voltaje específicos de las baterías para competir contra las baterías de litio.
"El magnesio es mucho más abundante y es más seguro", dijo. "La gente espera que una batería de magnesio pueda resolver los riesgos de las baterías de litio".
Yao recibió el Premio de la Universidad de Houston a la Excelencia en Investigación y fue nombrado Investigador Altamente Citado seleccionado por Clarivate Analytics en base a "un rendimiento excepcional de investigación que se ubica en el 1% superior por citas en Web of Science" en 2018.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Houston . Original escrito por Jeannie Kever. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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