La seguridad, la sostenibilidad y la reciclabilidad limitadas son los principales inconvenientes de la tecnología actual de las baterías de iones de litio, junto con la disponibilidad limitada de materiales de partida por ejemplo, cobalto. En la búsqueda de sistemas alternativos de almacenamiento de energía electroquímica para su uso en la movilidad eléctrica y para almacenar energíaa partir de fuentes renovables, una combinación de batería y condensador es muy prometedora: el "supercondensador híbrido". Puede cargarse y descargarse tan rápido como un condensador y puede almacenar casi tanta energía como las baterías convencionales. En comparación con este último, puedecargarse y descargarse mucho más rápido y con mucha más frecuencia: mientras que una batería de iones de litio alcanza una vida útil de unos pocos miles de ciclos, un supercondensador gestiona alrededor de un millón de ciclos de carga.
Sistema hecho de carbón y agua salada
Una variante particularmente sostenible, pero hasta ahora bastante inexplorada, de un supercondensador híbrido de este tipo consiste en carbono y electrolito de yoduro de sodio acuoso NaI, con un electrodo de batería positivo y un electrodo de supercondensador negativo. Investigadores de la Universidad de Tecnología de Graz ahora han investigado endetallan exactamente cómo funciona exactamente el almacenamiento de energía electroquímica en este supercondensador y qué sucede en los poros del tamaño de un nanómetro del electrodo de carbono, y recientemente publicaron sus prometedores resultados en la revista científica Nature Communications. "El sistema que estamos analizando en detalle consistede electrodos de carbono nanoporoso y un electrolito de yoduro de sodio acuoso, es decir, agua salada. Esto hace que este sistema sea particularmente ecológico, rentable, incombustible y fácil de reciclar ", explica Christian Prehal. Es el primer autor del estudio y harecientemente se mudó del Instituto de Química y Tecnología de Materiales en TU Graz a ETH Zurich.
Capacidad de almacenamiento de energía inesperadamente más alta
Con la ayuda de la dispersión de rayos X de ángulo pequeño y la espectroscopia Raman, los investigadores pudieron demostrar por primera vez que se forman nanopartículas de yodo sólido en los nanoporos de carbono del electrodo de la batería durante la carga, que se disuelven nuevamente durante la descarga.Esto corrige el mecanismo de reacción previamente sospechado y tiene consecuencias de gran alcance, como explica Christian Prehal: "El grado de llenado de los nanoporos con yodo sólido determina cuánta energía se puede almacenar en el electrodo. Esto permite la capacidad de almacenamiento de energía del yodoelectrodos de carbono para alcanzar valores inesperadamente altos al almacenar toda la energía química en las partículas de yodo sólido. "Este nuevo conocimiento fundamental abre el camino a supercondensadores híbridos o electrodos de batería con una densidad de energía incomparablemente más alta y procesos de carga y descarga extremadamente rápidos. Estos condensadores híbridos han sidoinvestigado con mucho éxito y desarrollado durante varios años por Qamar Abbas, actualmentebecaria Lise Meitner FWF en el Instituto de Química y Tecnología de Materiales y otra autora principal del estudio.
Con mejoras específicas, los supercondensadores híbridos ahora se pueden utilizar como una alternativa segura, no inflamable, rentable y sostenible para el almacenamiento estacionario de energía eléctrica. Esta puede ser una opción atractiva, especialmente para el almacenamiento de energía de células fotovoltaicas.en hogares privados, por ejemplo.
Nuevo método de investigación para sistemas de almacenamiento de energía electroquímica
Los investigadores lograron otro gran avance con respecto a los métodos de investigación utilizados. En la espectroscopia Raman, la interacción de la luz con la materia se utiliza para obtener información sobre la estructura o las propiedades de un material. La dispersión de rayos X de ángulo pequeño SAXS hacecambios estructurales visibles durante las reacciones electroquímicas. Ambos métodos se llevaron a cabo in operando, es decir, en vivo durante la carga y descarga de una celda electroquímica especialmente desarrollada. "Tanto la espectroscopia Raman operando como el operando SAXS se realizaron por primera vez en un supercondensador híbrido con electrolito acuoso de NaIen el Instituto de Microscopía Electrónica y Nanoanálisis FELMI y en el laboratorio de aplicación de materia blanda de la Universidad Tecnológica de Graz. Para la investigación del operando SAXS, hemos desarrollado una celda de medición especial para baterías y dispositivos de almacenamiento de energía electroquímica ", explica Prehal.Los resultados del trabajo muestran que operando SAXS es ideal para seguir los cambios estructurales en un supercapacitor o batería en la escala nanométrica y directamente "vivo" durante la carga y descarga.Por lo tanto, este nuevo método de investigación podría utilizarse ampliamente en el futuro en el campo del almacenamiento de energía electroquímica.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Tecnología de Graz . Original escrito por Susanne Eigner. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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