Un nuevo material es prometedor para las baterías que almacenan electricidad para la red. El material, creado por científicos del Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EE. UU. DOE, consta de moléculas cuidadosamente estructuradas diseñadas para ser particularmente electroquímicamente estables para evitarla batería de perder energía a reacciones no deseadas. Los resultados del experimento, algunos de los mejores registrados para baterías de este tipo, se publican hoy en Materiales de energía avanzada .
En este tipo de batería, llamada flujo redox no acuoso, la energía se almacena en soluciones cargadas negativa y positivamente dentro de tanques grandes.
La composición molecular de las soluciones energizadas en los tanques juega un papel importante en la cantidad de energía que puede producir la batería, y esta investigación se centró en diseñar la molécula ideal para disolverse en el tanque con carga positiva. Para maximizar la eficiencia, los investigadorestuvo que estructurar la molécula para retener la mayor cantidad de energía posible y al mismo tiempo ser lo suficientemente estable como para limitar las reacciones superfluas.
"Queremos que la estabilidad de las moléculas sea alta para que la batería no se descomponga prematuramente, pero también queremos que pueda retener mucha energía. Las dos están en desacuerdo", dijo Jingjing Zhang, unpostdoc involucrado en la investigación.
La reversibilidad de la molécula, o su capacidad para cargarse y descargarse repetidamente, es la propiedad que permite que funcionen las baterías de flujo. Durante la carga, las moléculas almacenadas en el tanque cargado positivamente arrojan electrones a través de un proceso llamado oxidación. Un problema surge cuando estosahora inestable, las moléculas cargadas positivamente comienzan a reaccionar con su entorno, minando la carga que de otro modo se almacenaría en el tanque y se usaría para obtener energía.
"Cuando pierde un electrón, la molécula tiene una tendencia natural a encontrar otro electrón para un par completo, y si forman un enlace, eso significa que ya no puede producir electricidad", dijo Lu Zhang, el científico líder enel equipo.
Los investigadores en este proyecto pudieron apagar una reacción secundaria de succión de energía común usando un proceso llamado sustitución bicíclica, que protege las partes más reactivas del andamio atómico de la molécula, algo así como usar aislamiento para cubrir los cables expuestos.
La sustitución bicíclica en sí misma no es nueva, pero esta investigación fue la primera en aplicarla a los materiales de la batería. Anteriormente, los científicos de la batería usaban cadenas atómicas protectoras más voluminosas para aumentar la estabilidad. Sin embargo, estos escudos tendían a sofocar la batería; solo la mitad del reactivolas regiones moleculares podrían cubrirse sin eliminar la capacidad de la molécula de emitir energía alguna.
"Con la sustitución bicíclica, finalmente encontramos una manera de proteger todas las posiciones reactivas de la molécula sin perder su reversibilidad, y pudimos obtener un rendimiento muy bueno", dijo Lu Zhang.
Los investigadores descubrieron que la batería sufrió solo una pérdida mínima de capacidad después de 150 ciclos de carga y descarga de la batería, lo que demuestra la alta estabilidad de la molécula.
"La sustitución bicíclica nos permite evitar comprometer la estabilidad y la reversibilidad", dijo Jingjing Zhang. "Maximizar estas dos propiedades es clave para diseñar baterías más eficientes para alimentar edificios enteros e incluso sistemas más grandes en el futuro".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Laboratorio Nacional de Argonne . Original escrito por Savannah Mitchem. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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