Un equipo de investigadores de la Universidad de Maryland UMD y el Laboratorio de Investigación del Ejército de EE. UU. ARL han ideado una innovadora tecnología de batería de iones de litio acuosa de "Agua en sal" que podría proporcionar potencia, eficiencia y longevidad comparables a las actualesBaterías de iones de litio, pero sin el riesgo de incendio, químicos venenosos y riesgos ambientales de las baterías de litio actuales.
El equipo de investigadores, dirigido por Chunsheng Wang, profesor asociado del Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular de la UMD, y Kang Xu, químico investigador principal de la Dirección de Dispositivos Electrónicos y de Sensor de ARL, dijeron que su trabajo, publicado esta semana en eldiario ciencia , demuestra un avance importante en la larga historia de las baterías a base de agua acuosas al duplicar el voltaje o la potencia de una batería acuosa.
Los investigadores dijeron que su tecnología es muy prometedora, particularmente en aplicaciones que involucran grandes energías a niveles de kilovatios o megavatios, como vehículos eléctricos o dispositivos de almacenamiento en red para sistemas de recolección de energía, y en aplicaciones donde la seguridad y la toxicidad de la batería son las principales preocupaciones, como baterías seguras y no inflamables para aviones, embarcaciones navales o naves espaciales, y en dispositivos médicos como marcapasos.
"A través de este trabajo pudimos aumentar la ventana electroquímica del electrolito acuoso de menos de 1.5 voltios a ~ 3.0 voltios y demostramos una celda de iones de litio acuosa de alto voltaje con 2.3 voltios, lo que demuestra por primera vez que las baterías acuosas pueden ser gravescompita en términos de potencia y densidad de energía con las baterías de iones de litio no acuosas que alimentan nuestro estilo de vida digital móvil ", dijo Wang, quien también está afiliado al Centro de Investigación de Energía de la Universidad de Maryland y al NanoCenter de Maryland.
Según el teniente coronel retirado Edward Shaffer, quien dirige la División de Energía y Energía del Laboratorio de Investigación del Ejército, las importantes ventajas potenciales que este nuevo enfoque tiene sobre las baterías actuales "podrían llevar a que las baterías sean más térmicas, químicas y ambientalmente más seguras.por soldados; almacenamiento de energía seguro y de huella reducida para espacios confinados, particularmente submarinos; y nuevas soluciones híbridas de energía para plataformas y sistemas militares ".
Los investigadores Wang, Xu y sus colegas descubrieron que la clave de su avance fue el uso de un tipo de electrolito a base de agua que contiene concentraciones ultra altas de una sal de litio cuidadosamente seleccionada. Este enfoque transformó la química de la batería, lo que resultó en la formación de una capa delgadapelícula protectora sobre el electrodo anódico por primera vez en una batería a base de agua Conocida en la ciencia de la batería como "Interfase de electrolitos sólidos SEI", una película protectora y estabilizadora es esencial para las características de alto rendimiento del estado debaterías de iones de litio de última generación. Anteriormente solo se había logrado en electrolitos no acuosos.
"Lo más importante de nuestro trabajo es el gran avance logrado a nivel fundamental", dijo Liumin Suo, investigador postdoctoral de la UMD, miembro del grupo de investigación de Wang y primer autor de la ciencia documento. "Antes de este trabajo nadie pensaba que fuera posible formar SEI en [baterías] a base de agua, pero demostramos que puede suceder".
El equipo de UMD y ARL comparó el rendimiento de su nueva batería "Agua en sal" con la de otros sistemas de baterías acuosas. Mostraron que la alta estabilidad de otras baterías acuosas se logró solo a expensas del voltaje y la densidad de energía yviceversa. Sin embargo, la formación de una interfase de ánodo / electrolito en su electrolito "Agua en sal" les permitió romper esta relación inversa entre la estabilidad del ciclo y el alto voltaje y lograr ambos simultáneamente.
"Los investigadores en el campo de las baterías de iones de litio han descubierto recientemente que los solventes previamente" inútiles "podrían hacerse funcionales en las células de iones de litio mediante la adición de altas concentraciones de sales. El trabajo de Suo et al., Extiende esta idea ael caso del solvente, el agua. Al extender la ventana de voltaje operativo a aproximadamente 3 voltios, es posible que pueda resultar una nueva generación de células de iones de litio más seguras y posiblemente menos costosas ", dijo el profesor Jeff Dahn de la Universidad de Dalhousie Nueva Escocia, un destacado investigador de baterías, que no participó en el estudio.
"Solo más esfuerzos de I + D podrán verificar la viabilidad de este descubrimiento, por lo que se necesita prudencia para evaluar el potencial de este, o cualquier avance de investigación básica", dijo Dahn, el Presidente de Investigación Industrial NSERC-3M Canadá en Materiales paraBaterías avanzadas.
"Nuestro hallazgo abre una vía completamente nueva para dispositivos electroquímicos acuosos, no solo baterías, sino también dispositivos como supercondensadores y dispositivos de galvanoplastia", dijo Xu.
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Materiales proporcionado por Universidad de Maryland . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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