Las baterías de metal líquido, inventadas por el profesor del MIT Donald Sadoway y sus alumnos hace una década, son un candidato prometedor para hacer que la energía renovable sea más práctica. Las baterías, que pueden almacenar grandes cantidades de energía y así igualar los altibajos de la energíaproducción y uso de energía, están en proceso de comercialización por una empresa de nueva creación con sede en Cambridge, Ambri.
Ahora, Sadoway y su equipo han encontrado otro conjunto de componentes químicos que podrían hacer que la tecnología sea aún más práctica y asequible, y abrir una familia completa de variaciones potenciales que podrían hacer uso de los recursos locales.
Los últimos hallazgos se informan en la revista Comunicaciones de la naturaleza , en un artículo de Sadoway, que es el profesor de química de materiales John F. Elliott, y el postdoctorado Takanari Ouchi, junto con Hojong Kim ahora profesor en la Universidad de Penn State y el estudiante de doctorado Brian Spatocco en el MIT. Muestran queEl calcio, un elemento abundante y económico, puede formar la base tanto de la capa de electrodos negativos como de la sal fundida que forma la capa intermedia de la batería de tres capas.
Ese fue un hallazgo muy inesperado, dice Sadoway. El calcio tiene algunas propiedades que lo hacen parecer un candidato especialmente improbable para trabajar en este tipo de batería. Por un lado, el calcio se disuelve fácilmente en sal y, sin embargo, es una característica crucial delLa batería líquida es que cada uno de sus tres constituyentes forma una capa separada, basada en las diferentes densidades de los materiales, al igual que los diferentes licores se separan en algunos cócteles novedosos. Es esencial que estas capas no se mezclen en sus límites y mantengan sus identidades distintas.
La aparente imposibilidad de hacer que el calcio funcione en una batería líquida atrajo a Ouchi al problema, dice. "Fue la química más difícil" hacer el trabajo, pero tuvo beneficios potenciales debido al bajo costo del calcio, así como a su inherentealto voltaje como electrodo negativo. "Para mí, soy más feliz con lo que sea más difícil", dice, lo cual, señala Sadoway, es una actitud muy típica en el MIT.
Otro problema con el calcio es su alto punto de fusión, lo que habría obligado a la batería de líquido a funcionar a casi 900 grados Celsius, "lo cual es ridículo", dice Sadoway. Pero ambos problemas fueron solucionables.
Primero, los investigadores abordaron el problema de la temperatura aleando el calcio con otro metal barato, el magnesio, que tiene un punto de fusión mucho más bajo. La mezcla resultante proporciona una temperatura de funcionamiento más baja, aproximadamente 300 grados menos que la del calcio puro.manteniendo la ventaja de alto voltaje del calcio.
La otra innovación clave fue la formulación de la sal utilizada en la capa media de la batería, llamada electrolito, que los portadores de carga o iones deben cruzar a medida que se usa la batería. La migración de esos iones va acompañada de una corriente eléctricaque fluye a través de cables que están conectados a las capas de metal fundido superior e inferior, los electrodos de la batería.
La nueva formulación de sal consiste en una mezcla de cloruro de litio y cloruro de calcio, y resulta que la aleación de calcio y magnesio no se disuelve bien en este tipo de sal, resolviendo el otro desafío para el uso de calcio.
Pero resolver ese problema también llevó a una gran sorpresa: normalmente hay un solo "ión itinerante" que pasa a través del electrolito en una batería recargable, por ejemplo, litio en baterías de iones de litio o sodio en azufre de sodio. Pero enEn este caso, los investigadores encontraron que múltiples iones en el electrolito de sal fundida contribuyen al flujo, aumentando la producción de energía total de la batería. Ese fue un hallazgo totalmente fortuito que podría abrir nuevas vías en el diseño de la batería, dice Sadoway.
Y hay otra gran ventaja potencial en esta nueva química de la batería, dice Sadoway. "Hay una ironía aquí. Si estás tratando de encontrar cuerpos minerales de alta pureza, el magnesio y el calcio a menudo se encuentran juntos", dice.gran esfuerzo y energía para purificar uno u otro, eliminando el "contaminante" de calcio del magnesio o viceversa. Pero dado que el material que se necesitará para el electrodo en estas baterías es una mezcla de los dos, puede ser posibleahorre en los costos de materiales iniciales al usar grados "más bajos" de los dos metales que ya contienen algunos de los otros.
"Hay un nivel completo de optimización de la cadena de suministro en el que la gente no ha pensado", dice.
Sadoway y Ouchi enfatizan que estas combinaciones químicas particulares son solo la punta del iceberg, lo que podría representar un punto de partida para nuevos enfoques para la formulación de formulaciones de baterías. Y dado que todas estas baterías líquidas, incluidos los materiales de baterías líquidas originales de su laboratorio ylos que están en desarrollo en Ambri usarían contenedores similares, sistemas de aislamiento y sistemas de control electrónico, la química interna real de las baterías podría seguir evolucionando con el tiempo. También podrían adaptarse para adaptarse a las condiciones locales y la disponibilidad de materiales sin dejar de utilizar la mayoríacomponentes.
"La lección aquí es explorar diferentes químicas y estar preparados para las condiciones cambiantes del mercado", dice Sadoway. Lo que han desarrollado "no es una batería; es un campo completo de baterías. A medida que pasa el tiempo, las personas pueden explorar más partes deltabla periódica "para encontrar formulaciones cada vez mejores, dice.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por David L. Chandler. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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