Los investigadores en China han desarrollado una batería con electrodos compuestos orgánicos que pueden funcionar a -70 grados Celsius, mucho más fría que la temperatura a la que las baterías de iones de litio pierden la mayor parte de su capacidad para conducir y almacenar energía. Los hallazgos, publicados en febrero28 en el diario julio podría ayudar a los ingenieros a desarrollar tecnología adecuada para resistir los alcances más fríos del espacio exterior o las regiones más frías de la Tierra.
Si bien las baterías pueden funcionar en climas relativamente fríos, tienen sus límites. La mayoría de ellas funcionan a solo el 50% de su nivel óptimo cuando la temperatura alcanza los -20 grados Celsius, y en -40 grados Celsius, las baterías de iones de litio solo tienen aproximadamente 12% de su capacidad de temperatura ambiente. Esto puede ser severamente limitante cuando se trata de operar baterías en el espacio, donde las temperaturas pueden bajar a -157 grados Celsius, o incluso en partes de Canadá y Rusia, donde las temperaturas pueden ser inferiores a -50 grados Celsius.
Pero un equipo de investigadores de baterías ha encontrado un diseño que puede funcionar incluso donde otras baterías podrían fallar. "Es bien sabido que tanto el electrolito el medio químico que transporta iones entre electrodos como los electrodos el cátodo cargado positivamente y negativamenteánodo cargado tienen una gran influencia en el rendimiento de la batería ", dice el Dr. Yong-yao Xia, investigador de baterías del Departamento de Química de la Universidad de Fudan en Shanghai, China.
Cuando hace frío, los electrolitos convencionales a base de éster que las baterías de iones de litio a menudo usan se convierten en conductores lentos y las reacciones electroquímicas que ocurren en la interfaz del electrolito y el electrodo luchan por continuar, lo que significa que las baterías de iones de litio noNo aguantes demasiado bien en climas muy fríos. Es un problema que ha molestado constantemente a los investigadores.
El equipo experimentó con el uso de un electrolito a base de éster acetato de etilo, que tiene un bajo punto de congelación que le permite llevar a cabo una carga incluso a temperaturas extremadamente bajas. Para los electrodos, utilizaron dos compuestos orgánicos: una polifenilamina PTPAn y ánodo de poliimida derivada de dianhidruro de 1,4,5,8-naftalenetetracarboxílico NTCDA PNTCDA .A diferencia de los electrodos utilizados en las baterías de iones de litio, estos compuestos orgánicos no dependen de la intercalación: el proceso de continuaintegrando iones en su matriz molecular, que se ralentiza a medida que baja la temperatura.
"Aprovechándose de los electrodos de electrolitos y polímeros orgánicos a base de acetato de etilo, la batería recargable puede funcionar bien a la temperatura ultrabaja de -70 grados Celsius", dice Xia.
Xia y su equipo creen que esta puede ser una solución más elegante que los intentos alternativos para aumentar la función de la batería de iones de litio en temperaturas extremas. Otros investigadores de baterías han intentado remediar el problema desarrollando aditivos para calentar las baterías externamente o usando un líquidoelectrolito de gas, pero estas soluciones requieren materiales adicionales que agreguen peso extra.
Xia cree que la composición de la batería también tiene muchas otras cualidades favorables para la producción. "En comparación con los materiales de electrodos que contienen metales de transición en las baterías de iones de litio convencionales, los materiales orgánicos son abundantes, económicos y ecológicos".él dice. Estima el precio de los materiales de los electrodos en aproximadamente un tercio del precio de los electrodos en una batería de iones de litio.
Sin embargo, la batería aún requerirá algunos ajustes antes de que esté lista para salir del laboratorio. Xia cree que la energía específica la energía por unidad de masa de la batería aún es baja en comparación con las baterías de iones de litio comercializadas, y el proceso de ensamblajenecesita ser optimizado aún más. "Pero a pesar de que tiene poca energía específica, ofrece el potencial más prometedor en aplicaciones de campo especiales", dice Xia.
Los autores reconocen el apoyo financiero de la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China y el Plan Nacional de Investigación y Desarrollo Clave.
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