Smartphones, computadoras portátiles, autos eléctricos: cualquiera que sea el dispositivo, una batería eficiente ocupa un lugar destacado en la lista de deseos de cualquier usuario. La búsqueda de la batería de próxima generación se ha centrado recientemente en baterías de sodio y oxígeno. Teóricamente, estas deberían proporcionar una eficiencia previamente inalcanzablepero su implementación práctica ha demostrado ser un obstáculo. Los investigadores ahora informan en la revista Angewandte Chemie , que una solución electrolítica altamente concentrada puede hacer que la batería de sodio-oxígeno sea más estable y, por lo tanto, más práctica.
Los investigadores tienen grandes esperanzas de baterías de metal alcalino / oxígeno, porque su densidad de energía teórica es particularmente alta. En tales baterías, un electrodo está hecho del metal alcalino puro. Al descargar, este electrodo cede electrones al circuito e iones positivosal electrolito. El contraelectrodo está hecho de carbono poroso y está en contacto con el aire. En este electrodo, el oxígeno se reduce al absorber electrones en presencia de iones metálicos. Esto puede dar como resultado una variedad de compuestos de óxido metálico.A medida que se carga la batería, este proceso se invierte: el oxígeno O 2 se libera al aire en el electrodo positivo, mientras que el metal alcalino se deposita en el electrodo negativo.
Varios problemas fundamentales se interponen en el camino de la implementación práctica de tales sistemas: recarga insuficiente; numerosas reacciones secundarias que limitan la estabilidad; y, en ensayos con litio, la obstrucción del electrodo poroso por peróxido de litio. El sodio es mucho más fácil de eliminarobtener, y puede ser una mejor opción. Las células de oxígeno y sodio sorprendentemente no producen peróxido de sodio, sino que producen principalmente superóxido de sodio NaO 2, que puede convertirse de manera casi reversible en los elementos durante la carga.
El sistema también requiere un disolvente aprótico anhidro que no puede liberar iones H + para el electrolito. El dimetilsulfóxido DMSO es una buena opción para aplicaciones electroquímicas, pero desafortunadamente reacciona con el sodio para formar productos que pueden serproblemático.
Mingfu He, Kah Chun Lau, Yiying Wu y su equipo de la Universidad Estatal de Ohio, la Universidad Estatal de California y el Laboratorio Nacional de Argonne EE. UU. Han encontrado un enfoque para resolver este problema. En su sistema, una concentración muy altade la sal orgánica trifluorometanosulfonimida de sodio NaTFSI estabiliza el DMSO en presencia de sodio.
Al usar la espectroscopía Raman de soluciones de electrolitos NaTFSI / DMSO junto con simulaciones computacionales, los científicos pudieron explicar por qué esto es así. Las soluciones altamente concentradas dan como resultado una estructura de unidades TFSI de Na DMSO 3 reticuladas libremente que se unenuna gran proporción de las moléculas de DMSO, dejando solo unas pocas disponibles para una reacción. El sodio ataca preferentemente a los aniones TFSI, lo cual es ventajoso porque el producto forma una capa protectora pasivante en el electrodo de sodio.
Los investigadores construyeron una pequeña batería con este sistema. Demostró buenas propiedades electroquímicas y se sometió a 150 ciclos de carga / descarga sin ninguna pérdida notable de eficiencia. Por el contrario, las células con una solución diluida de electrolitos solo podían durar 6 ciclos.
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Materiales proporcionados por Wiley . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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