Las baterías de litio-aire prometen almacenar electricidad hasta cinco veces la densidad de energía de las baterías de iones de litio familiares actuales, pero tienen defectos inherentes. Investigadores de la Universidad de Illinois en Chicago han ayudado a demostrar que un nuevo prototipo esimpulsado por una sorprendente reacción química que puede resolver el mayor inconveniente de la nueva batería.
Los resultados se informan en la edición del 11 de enero de 2016 de Naturaleza .
Las baterías de litio-aire actuales en las que el litio metálico del ánodo, o terminal positivo, reacciona con el oxígeno del aire son muy prometedoras, ya que almacenan energía en forma de enlaces químicos de compuestos de óxido. Versiones probadas hasta la fechahan almacenado y liberado energía del peróxido de litio, una sustancia insoluble que obstruye el electrodo de la batería.
Los científicos de baterías del Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EE. UU. Desarrollaron un prototipo que, según ellos, tenía la sorprendente capacidad de producir solo superóxido de litio, no peróxido, a medida que la batería se descarga. A diferencia del peróxido de litio problemático, el superóxido de litio se descompone fácilmente en litioy oxígeno, ofreciendo así la posibilidad de una batería con alta eficiencia y buen ciclo de vida.
El grupo Argonne diseñó la batería para consumir un electrón en lugar de dos y producir el superóxido, dijo Amin Salehi-Khojin de UIC, profesor asistente de ingeniería mecánica e industrial. Pero fue difícil demostrar que la reacción tuvo lugar.
"El análisis ex situ no es lo suficientemente preciso como para demostrar un reclamo tan grande", dijo.
Salehi-Khojin y el asociado de investigación postdoctoral Mohammad Asadi diseñaron un aparato de espectroscopía de masas de última generación para medir los productos de reacción electroquímica in situ durante la carga o descarga de la batería. El sistema funciona en vacío ultra alto y es "muy sensible al mínimo cambio en la concentración de oxígeno ", dijo Asadi, uno de los cinco primeros autores del artículo en Nature.
Por primera vez, los investigadores de la UIC pudieron demostrar que se estaba produciendo un electrón por átomo de oxígeno, lo que indica que se estaba formando superóxido de litio, no peróxido, en la batería. También pudieron demostrar que no se generaron otros compuestos de litio comoproductos secundarios.
"Este será un sistema valioso para continuar el estudio de esta batería y otros tipos de baterías de metal-aire", dijo Salehi-Khojin. "No solo podemos analizar los productos de la reacción electroquímica, sino que podemos dilucidar elvía de reacción. Si conocemos la vía de reacción, sabremos cómo diseñar la próxima generación de esa batería para la eficiencia energética y la rentabilidad ".
El trabajo fue financiado por la Oficina de Eficiencia Energética y Energía Renovable y la Oficina de Ciencia del DOE.
Otros autores en el artículo de Nature son Jun Lu de Argonne, Dengyun Zhai, Zonghai Chen, Khalil Amine, Xiangyi Luo, Kah Chun Lau, Hsien-Hau Wang, Scott Brombosz, Larry A. Curtiss, Jianguo Wen y Dean J. Miller;Yun Jung Lee, Yo Sub Jeong, Jin-Bum Park y Yang-Kook Sun de la Universidad Hanyang en Seúl; Zhigang Zak Fang de la Universidad de Utah y Bijandra Kumar de la Universidad de Kentucky.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Illinois en Chicago . Original escrito por Bill Burton. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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