Los químicos de la Universidad de Waterloo han desarrollado una batería de iones de zinc de larga duración que cuesta la mitad del precio de las baterías de iones de litio actuales y podría ayudar a que las comunidades pasen de las centrales eléctricas tradicionales a la producción de energía solar y eólica renovable.
La profesora Linda Nazar y sus colegas de la Facultad de Ciencias de Waterloo hicieron el importante descubrimiento, que aparece en la revista. Energía de la naturaleza .
La batería utiliza materiales seguros, no inflamables y no tóxicos y una sal a base de agua de pH neutro. Consiste en un electrolito a base de agua, un electrodo positivo de óxido de vanadio con pilares y un electrodo negativo de zinc metálico económico.La batería genera electricidad a través de un proceso reversible llamado intercalación, donde los iones de zinc cargados positivamente se oxidan del electrodo negativo de zinc metálico, viajan a través del electrolito y se insertan entre las capas de nanohojas de óxido de vanadio en el electrodo positivo. Esto impulsa el flujo de electrones enel circuito externo, creando una corriente eléctrica. El proceso inverso ocurre con la carga.
La celda representa la primera demostración de intercalación de iones de zinc en un material de estado sólido que satisface cuatro criterios vitales: alta reversibilidad, velocidad y capacidad y sin formación de dendrita de zinc. Proporciona más de 1000 ciclos con un 80% de capacidad de retención y undensidad de energía de 450 vatios-hora por litro. Las baterías de iones de litio también funcionan por intercalación, de iones de litio, pero generalmente usan electrolitos orgánicos, inflamables y costosos.
"La demanda mundial de energía sostenible ha desencadenado la búsqueda de una forma confiable y de bajo costo de almacenarla", dijo Nazar, catedrático de investigación de Canadá en materiales de energía de estado sólido y profesor de investigación universitario en el Departamento de Química ".La batería acuosa de iones de zinc que hemos desarrollado es ideal para este tipo de aplicación porque es relativamente económica y es inherentemente segura ".
Se espera que el mercado global de almacenamiento de energía crezca a $ 25 mil millones en los próximos 10 años. La ventaja para los fabricantes es que pueden producir esta batería de zinc a bajo costo porque su fabricación no requiere condiciones especiales, como humedad ultrabajao el manejo de materiales inflamables necesarios para baterías de iones de litio.
"El enfoque solía estar en minimizar el tamaño y el peso para el mercado de la electrónica portátil y los automóviles", dijo Dipan Kundu, un becario postdoctoral en el laboratorio de Nazar y el primer autor del artículo. "El almacenamiento en red necesita un tipo diferente de batería y esolicencia para examinar diferentes materiales ".
El agua en el electrolito no solo facilita el movimiento de los iones de zinc, sino que también hincha el espacio entre las hojas, como los niveles de un pastel de bodas, lo que le da al zinc el espacio suficiente para entrar y salir de la estructura positiva a medida que la batería funciona.Las dimensiones a nanoescala del material del electrodo y el electrolito acuoso de alta conductividad de la batería también mejoran su ciclo de vida y los tiempos de respuesta.
Junto con los investigadores del Centro Conjunto para la Investigación del Almacenamiento de Energía en los EE. UU., El equipo de Nazar también está investigando baterías de intercalación de iones multivalentes basadas en Mg2 + en electrolitos no acuosos. Fueron los primeros en reportar ciclos de Mg altamente reversibles en el tiospinel TiS2 ysulfuros en capas, que representan los primeros nuevos materiales de inserción de Mg altamente funcionales reportados en más de 15 años. Sus artículos aparecieron en Ciencias de la energía y el medio ambiente y Letras de energía ACS a principios de este año.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Waterloo . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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