En la batalla de las baterías, la tecnología de iones de litio es el campeón reinante, alimentando ese teléfono celular en su bolsillo, así como un número creciente de vehículos eléctricos en la carretera.
Pero un nuevo material a base de iones de sodio y manganeso desarrollado en la Universidad de Texas en Dallas, en colaboración con la Universidad Nacional de Seúl, podría convertirse en un contendiente, ofreciendo una opción potencialmente más económica y más económica para alimentar dispositivos de próxima generacióny autos eléctricos.
El costo de la batería es un problema importante, dijo el Dr. Kyeongjae Cho, profesor de ciencias de los materiales e ingeniería en la Escuela de Ingeniería y Ciencias de la Computación Erik Jonsson y autor principal de un artículo que describe el nuevo material en la revista Materiales avanzados .
A medida que los fabricantes, y los consumidores, presionan por más vehículos eléctricos EV, la producción de litio puede tener dificultades para mantenerse al día con la creciente demanda, dijo Cho. Según un informe reciente de la Agencia Internacional de Energía, el automóvil eléctrico mundiallas existencias superaron los 2 millones de vehículos en 2016 después de cruzar la marca de 1 millón en 2015. El informe señala que, dependiendo del entorno político, existe una buena posibilidad de que oscile entre 9 millones y 20 millones en 2020 y entre 40 millones y 70millones para 2025.
En términos de ahorro de costos en la batería EV, usar sodio sería menos costoso porque el sodio es más abundante, pero tiene algunos inconvenientes.
"El litio es un recurso más caro y limitado que debe extraerse de unas pocas áreas en el mundo", dijo Cho. "No hay problemas de extracción con el sodio; puede extraerse del agua de mar. Desafortunadamente, aunque el sodio-las baterías de iones pueden ser menos costosas que las que usan litio, el sodio tiende a proporcionar una densidad de energía 20 por ciento menor que el litio ".
La densidad de energía o capacidad de almacenamiento de energía de una batería determina el tiempo de funcionamiento de un dispositivo.
"Utilizamos nuestra experiencia previa y pensamos en estos temas, ¿cómo podemos combinar estas ideas para llegar a algo nuevo que resuelva el problema?", Dijo Cho.
Una batería consta de un electrodo positivo o cátodo; un electrodo negativo o ánodo; y un electrolito intermedio. En una batería estándar de iones de litio, el cátodo está hecho de litio, cobalto, níquel y oxígeno, mientras que el ánodoestá hecho de grafito, un tipo de carbono. Cuando la batería se carga, los iones de litio se mueven a través del electrolito hacia el ánodo y se unen al carbono. Durante la descarga, los iones de litio regresan al cátodo y proporcionan energía eléctrica para hacer funcionar los dispositivos.
"Hubo una gran esperanza hace varios años en el uso de óxido de manganeso en los cátodos de baterías de iones de litio para aumentar la capacidad, pero desafortunadamente, esa combinación se vuelve inestable", dijo Cho.
En el diseño desarrollado por Cho y sus colegas, el sodio reemplaza la mayor parte del litio en el cátodo, y se usa manganeso en lugar de los elementos más caros y raros, el cobalto y el níquel.
"Nuestro material de iones de sodio es más estable, pero aún mantiene la alta capacidad de energía del litio", dijo Cho. "Y creemos que esto es escalable, que es el punto central de nuestra investigación. Queremos hacer el materialde tal manera que el proceso sea compatible con la producción en masa comercial ".
Basado en su conocimiento de la física y la química de otros materiales experimentales, los investigadores atacaron el problema con el diseño racional de materiales. Primero realizaron simulaciones por computadora para determinar la configuración de los átomos que mostraban la mayor promesa antes de hacer y probar el material en ellaboratorio.
Cho dijo que su investigación no se trata solo de encontrar una batería mejor. La forma en que se realizó la investigación es tan importante e interesante, dijo.
"Cuando Thomas Edison intentaba desarrollar una bombilla, probó miles de materiales diferentes para el filamento para ver cuáles funcionaban", dijo Cho. "Para resolver problemas de ingeniería muy importantes en la sociedad actual, necesitamos desarrollar muchosnuevos materiales: materiales de batería, materiales para el control de la contaminación y otros. Edison estaba perfeccionando un elemento, la bombilla, pero tenemos muchas más necesidades tecnológicas. No tenemos tiempo para seguir intentando encontrar la solución accidentalmente ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Texas en Dallas . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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