Después de años de progresar en una batería de flujo acuoso orgánico, los investigadores de la Universidad de Harvard se encontraron con un problema: las moléculas de antraquinona orgánicas que alimentaban su batería innovadora se descomponían lentamente con el tiempo, reduciendo la utilidad a largo plazo de la batería.
Ahora, los investigadores, dirigidos por Michael Aziz, el Profesor Gene y Tracy Sykes de Materiales y Tecnologías Energéticas en la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas SEAS John A. Paulson de Harvard y Roy Gordon, el Profesor Thomas Dudley Cabot deQuímica y profesor de ciencia de los materiales: han descubierto no solo cómo se descomponen las moléculas, sino también cómo mitigar e incluso revertir la descomposición.
La molécula que desafía a la muerte, llamada DHAQ en su documento pero denominada "zombie quinona" en el laboratorio, se encuentra entre las más baratas de producir a gran escala. El método de rejuvenecimiento del equipo reduce la tasa de desvanecimiento de la batería al menos en un factorde 40, al tiempo que permite que la batería esté compuesta completamente de productos químicos de bajo costo.
La investigación fue publicada en el Revista de la Sociedad Americana de Química .
"El bajo costo de producción en masa es realmente importante si las baterías de flujo orgánico van a ganar una amplia penetración en el mercado", dijo Aziz. "Entonces, si podemos usar estas técnicas para extender la vida útil de DHAQ a décadas, entonces tenemos una química ganadora""
"Este es un gran paso adelante para permitirnos reemplazar los combustibles fósiles con electricidad renovable intermitente", dijo Gordon.
Desde 2014, Aziz, Gordon y su equipo han sido pioneros en el desarrollo de baterías de flujo acuoso orgánico seguras y rentables para almacenar electricidad de fuentes renovables intermitentes como el viento y la energía solar y entregarla cuando el viento no sopla y el solno brilla. Sus baterías usan moléculas conocidas como antraquinonas, que están compuestas de elementos naturalmente abundantes como el carbono, el hidrógeno y el oxígeno, para almacenar y liberar energía.
Al principio, los investigadores pensaron que la vida útil de las moléculas dependía de cuántas veces se cargaba y descargaba la batería, como en baterías de electrodos sólidos como el ión de litio. Sin embargo, al conciliar resultados inconsistentes, los investigadores descubrieron que estas antraquinonasse descomponen lentamente a lo largo del tiempo, independientemente de cuántas veces se haya utilizado la batería. Descubrieron que la cantidad de descomposición se basó en la antigüedad del calendario de las moléculas, no en la frecuencia con que se cargaron y descargaron.
Ese descubrimiento llevó a los investigadores a estudiar los mecanismos por los cuales las moléculas se descomponían.
"Descubrimos que estas moléculas de antraquinona, que tienen dos átomos de oxígeno integrados en un anillo de carbono, tienen una ligera tendencia a perder uno de sus átomos de oxígeno cuando se cargan, convirtiéndose en una molécula diferente", dijo Gordon. "Una vezeso sucede, comienza con una reacción en cadena de eventos que conduce a una pérdida irreversible de material de almacenamiento de energía ".
Los investigadores encontraron dos técnicas para evitar esa reacción en cadena. La primera: exponer la molécula al oxígeno. El equipo descubrió que si la molécula está expuesta al aire en la parte correcta de su ciclo de carga-descarga, toma el oxígeno deel aire y se convierte nuevamente en la molécula de antraquinona original, como si regresara de la muerte. Un solo experimento recuperó el 70 por ciento de la capacidad perdida de esta manera
Segundo, el equipo descubrió que la sobrecarga de la batería crea condiciones que aceleran la descomposición. Evitar la sobrecarga prolonga la vida útil en un factor de 40.
"En el trabajo futuro, necesitamos determinar cuánto puede la combinación de estos enfoques extender la vida útil de la batería si los diseñamos correctamente", dijo Aziz.
"Es probable que los mecanismos de descomposición y renacimiento sean relevantes para todas las antraquinonas, y las antraquinonas han sido las moléculas orgánicas más reconocidas y prometedoras para las baterías de flujo", dijo Gordon.
"Este importante trabajo representa un avance significativo hacia baterías de bajo costo y larga vida útil", dijo Imre Gyuk, Director del programa de la Oficina de Almacenamiento de Electricidad del Departamento de Energía. "Tales dispositivos son necesarios para permitir que la red eléctrica absorbacantidades crecientes de generación renovable verde pero variable "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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