Desde 2012, Stefan Freunberger, del Instituto de Química y Tecnología de Materiales de TU Graz, ha estado trabajando en el desarrollo de una nueva generación de baterías con un rendimiento mejorado y una vida útil más larga, y que también son más baratas de producir que los modelos actuales.cree que las baterías de litio y oxígeno tienen un potencial significativo. En 2017, en el transcurso de su trabajo, Freunberger descubrió paralelos entre el envejecimiento celular en organismos vivos y en baterías. En ambos casos, el oxígeno singlete altamente reactivo es responsable del proceso de envejecimiento.de oxígeno, que ha sido el foco de la investigación de Freunberger en los últimos años, se produce cuando las baterías de litio-oxígeno se cargan o descargan. El investigador con sede en Graz ha encontrado formas de minimizar los efectos negativos del oxígeno singlete, y sus hallazgoshan sido publicados en revistas Comunicaciones de la naturaleza y Angewandte Chemie .
Mediadores redox estables, la clave para la eficiencia energética
En su papel en Comunicaciones de la naturaleza , Freunberger describe el efecto del oxígeno singlete en los llamados mediadores redox, que se pueden reducir u oxidar de forma reversible. El trabajo se llevó a cabo en colaboración con investigadores de Corea del Sur y los EE. UU. Los mediadores redox desempeñan un papel vital en el flujode electrones entre el circuito exterior y el material de almacenamiento de carga en baterías de oxígeno, y también tienen un impacto considerable en su rendimiento. El principio detrás de los mediadores se toma prestado de la naturaleza, donde son responsables de una serie de funciones diferentes en las células vivas, incluida la transmisiónimpulsos nerviosos y produciendo energía. "Hasta ahora se suponía que los mediadores redox están desactivados por superóxidos y peróxidos. Pero nuestros experimentos han demostrado que esto se debe a la acción del oxígeno singlete", dijeron Freunberger. Los investigadores utilizaron cálculos de la teoría funcional de la densidad parademuestre por qué ciertas clases de mediadores son más resistentes al oxígeno singlete que otras.Ikely avenidas de ataque.Estas ideas están impulsando el desarrollo de nuevos mediadores redox más estables."Cuanto más estables sean los mediadores, más eficientes, reversibles y duraderas se vuelven las baterías", explicó Freunberger.
DABCOnium proporciona protección efectiva contra el oxígeno singlete
Además de desactivar los mediadores redox, el oxígeno singlete también desencadena reacciones parásitas, lo que compromete la vida útil de la batería y la capacidad de recarga. Por lo tanto, Freunberger intentó identificar un interruptor adecuado que transforma el oxígeno singlete producido en oxígeno triplete inofensivo, que ocurre en el aire - la biología lo señalóen la dirección correcta: "Una enzima llamada superóxido dismutasa bloquea la formación de oxígeno singlete en las células vivas. En su lugar, usé DABCOnium, que es una sal del compuesto de nitrógeno orgánico DABCO, en mis experimentos". DABCOnium es unAditivo electrolítico que es mucho más resistente a la oxidación que los extintores previamente identificados y es compatible con un ánodo de litio-metal. De esta forma, por primera vez, Freunberger creó condiciones para cargar celdas de oxígeno de litio que estaban en gran parte libres de reacciones secundarias.en otras palabras, sin reacciones parasitarias. Sin embargo, como Freunberger mostró el año pasado, el oxígeno singlete también causa problemas en el litio-i de última generaciónen baterías, así como en baterías de oxígeno.Esto significa que los extintores también son importantes para los primeros.Freunberger publicó detalles de este singlete quencher de oxígeno en la revista Angewandte Chemie .
Caso ideal: mediador y desactivador combinados
El siguiente paso en la investigación de Freunberger consistirá en amalgamar sus hallazgos y desarrollar una nueva clase de mediadores. Estos deberían ser particularmente resistentes al ataque del oxígeno singlete y también combatirlo eficazmente mediante una función de enfriamiento. Esto prolongaría dramáticamente la vida útil del litio-baterías de oxígeno y maximizan la eficiencia energética.
El proyecto es parte del campo de especialización de la universidad 'Ciencia de materiales avanzados', uno de los cinco enfoques de investigación estratégica en TU Graz. El proyecto está financiado por el Fondo de Ciencia de Austria FWF, la Agencia de Promoción de Investigación de Austria FFG yConsejo Europeo de Investigación ERC. Stefan Freunberger es miembro de NAWI Graz Chemistry.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Universidad de Tecnología de Graz . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :