Investigadores de la Universidad RMIT de Melbourne, Australia, han demostrado por primera vez una "batería de protones" recargable que funciona y que puede volver a conectar cómo alimentamos nuestros hogares, vehículos y dispositivos.
La batería recargable es ecológica y tiene el potencial, con un mayor desarrollo, de almacenar más energía que las baterías de iones de litio disponibles actualmente.
Las aplicaciones potenciales para la batería de protones incluyen el almacenamiento doméstico de electricidad de paneles solares fotovoltaicos, como lo hace actualmente el 'Power wall' de Tesla con baterías de iones de litio.
Con algunas modificaciones y ampliaciones, la tecnología de batería de protones también se puede utilizar para el almacenamiento a mediana escala en redes eléctricas, como la batería de litio gigante en el sur de Australia, así como para alimentar vehículos eléctricos.
La batería de protones prototipo que funciona utiliza un electrodo de carbono como depósito de hidrógeno, junto con una pila de combustible reversible para producir electricidad.
Es el electrodo de carbono más los protones del agua que le dan a la batería de protones su ventaja ambiental, energética y económica potencial, dice el investigador principal, el profesor John Andrews.
"Nuestro último avance es un paso crucial hacia baterías de protones económicas y sostenibles que pueden ayudar a satisfacer nuestras futuras necesidades de energía sin dañar aún más nuestro entorno ya frágil", dijo Andrews.
"A medida que el mundo avanza hacia una energía renovable inherentemente variable para reducir las emisiones de efecto invernadero y abordar el cambio climático, los requisitos para el almacenamiento de energía eléctrica serán enormes".
"La batería de protones es uno de los muchos contribuyentes potenciales para satisfacer esta enorme demanda de almacenamiento de energía. Alimentar baterías con protones tiene el potencial de ser más económico que usar iones de litio, que están hechos de recursos escasos".
"El carbono, que es el principal recurso utilizado en nuestra batería de protones, es abundante y barato en comparación con las aleaciones de almacenamiento de hidrógeno y el litio necesario para las baterías recargables de iones de litio".
Durante la carga, el carbono en el electrodo se une con los protones generados al dividir el agua con la ayuda de electrones de la fuente de alimentación. Los protones se liberan nuevamente y pasan de nuevo a través de la celda de combustible reversible para formar agua con oxígeno del aire para generar energíaA diferencia de los combustibles fósiles, el carbono no se quema ni causa emisiones en el proceso.
Los experimentos de los investigadores mostraron que su pequeña batería de protones, con un área de superficie interna activa de solo 5,5 centímetros cuadrados más pequeña que una moneda de 20 centavos, ya podía almacenar tanta energía por unidad de masa como el ión de litio disponible comercialmentebaterías. Esto fue antes de que la batería hubiera sido optimizada.
"El trabajo futuro ahora se centrará en mejorar aún más el rendimiento y la densidad de energía mediante el uso de materiales basados en carbono en capas atómicamente delgadas como el grafeno, con el objetivo de una batería de protones que sea realmente competitiva con las baterías de iones de litio a la vista".Andrews dijo
La investigación de RMIT sobre la batería de protones ha sido financiada en parte por el Grupo de Ciencia y Tecnología de Defensa de Australia y la Oficina de Investigación Naval Global de EE. UU.
Cómo funciona la batería de protones
El prototipo funcional de la batería de protones combina los mejores aspectos de las celdas de combustible de hidrógeno y la energía eléctrica basada en baterías.
La última versión combina un electrodo de carbono para el almacenamiento de hidrógeno en estado sólido con una pila de combustible reversible para proporcionar una unidad recargable integrada.
El uso exitoso de un electrodo hecho de carbón activado en una batería de protones es un importante paso adelante y se informa en el Revista Internacional de Energía de Hidrógeno .
Durante la carga, los protones producidos por la división del agua en una celda de combustible reversible se conducen a través de la membrana de la celda y se unen directamente con el material de almacenamiento con la ayuda de electrones suministrados por el voltaje aplicado, sin formar hidrógeno gaseoso.
En el modo de suministro de electricidad, este proceso se invierte; los átomos de hidrógeno se liberan del almacenamiento y pierden un electrón para convertirse en protones una vez más. Estos protones luego regresan a través de la membrana celular donde se combinan con oxígeno y electrones del circuito externo para volver-formar agua.
Una gran ventaja potencial de la batería de protones es una eficiencia energética mucho mayor que los sistemas de hidrógeno convencionales, lo que la hace comparable a las baterías de iones de litio. Se eliminan las pérdidas asociadas con la evolución de gas hidrógeno y la división en protones.
Hace varios años, el equipo de RMIT demostró que una batería de protones con un electrodo de aleación de metal para almacenar hidrógeno podía funcionar, pero su reversibilidad y recargabilidad era demasiado baja. También la aleación empleada contenía elementos de tierras raras, y por lo tanto era pesada y costosa.
Los últimos resultados experimentales mostraron que un electrodo poroso de carbón activado hecho de resina fenólica fue capaz de almacenar alrededor del 1% en peso de hidrógeno en el electrodo. Esta es una energía por unidad de masa ya comparable con las baterías de iones de litio disponibles comercialmente, aunquela batería de protones está lejos de ser optimizada. El voltaje máximo de la celda fue de 1.2 voltios
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Materiales proporcionados por Universidad RMIT . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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