Las baterías de litio-aire están a punto de convertirse en el próximo reemplazo revolucionario para las baterías de iones de litio actualmente utilizadas que alimentan vehículos eléctricos, teléfonos celulares y computadoras
Las baterías de litio-aire, que actualmente todavía se encuentran en las etapas experimentales de desarrollo, pueden almacenar 10 veces más energía que las baterías de iones de litio, y son mucho más livianas. Dicho esto, las baterías de litio-aire podrían ser aún más eficientes y proporcionarmás carga con la incorporación de catalizadores avanzados hechos de materiales bidimensionales. Los catalizadores ayudan a aumentar la velocidad de las reacciones químicas dentro de las baterías y, dependiendo del tipo de material del que está hecho el catalizador, pueden ayudar a aumentar significativamente la capacidad de la bateríapara sostener y proporcionar energía.
"Vamos a necesitar baterías de densidad de muy alta energía para alimentar nuevas tecnologías avanzadas que se incorporan en teléfonos, computadoras portátiles y especialmente vehículos eléctricos", dijo Amin Salehi-Khojin, profesor asociado de ingeniería mecánica e industrial en la Facultad de Ingeniería de la UIC. Salehi-Khojin y sus colegas sintetizaron varios materiales en 2D que pueden servir como catalizadores. Varios de sus materiales en 2D, cuando se incorporaron a las baterías experimentales de litio-aire como catalizador, permitieron que la batería retuviera hasta 10 veces más energía que el litio.baterías de aire que contienen catalizadores tradicionales. Sus hallazgos se publican en la revista Materiales avanzados .
"Actualmente, los vehículos eléctricos tienen un promedio de aproximadamente 100 millas por carga, pero con la incorporación de catalizadores 2D en las baterías de litio-aire, podríamos proporcionar más cerca de 400 a 500 millas por carga, lo que sería un verdadero cambio de juego", dijoSalehi-Khojin, quien también es el autor correspondiente del artículo, "sería un gran avance en el almacenamiento de energía".
Salehi-Khojin y sus colegas sintetizaron 15 tipos diferentes de dichoslcogenuros de metal de transición 2D o TMDC. Los TMDC son compuestos únicos porque tienen una alta conductividad electrónica y una rápida transferencia de electrones que pueden usarse para participar en reacciones con otros materiales, como las reaccionesque tienen lugar dentro de las baterías durante la carga y descarga.
Los investigadores estudiaron experimentalmente el rendimiento de 15 TMDC como catalizadores en un sistema electroquímico que imita una batería de litio y aire.
"En su forma 2D, estos TMDC tienen propiedades electrónicas mucho mejores y mayor área de superficie reactiva para participar en reacciones electroquímicas dentro de una batería mientras su estructura se mantiene estable", explicó Leily Majidi, una estudiante graduada en la Facultad de Ingeniería de la UIC.autor del artículo
"Las tasas de reacción son mucho más altas con estos materiales en comparación con los catalizadores convencionales utilizados como el oro o el platino", dijo Majidi.
Una de las razones por las que los TDMC 2D funcionaron tan bien es porque ayudan a acelerar las reacciones de carga y descarga que ocurren en las baterías de litio-aire.
"Esto sería lo que se conoce como bi-funcionalidad del catalizador", dijo Salehi-Khojin.
Los materiales 2D también se sinergizan con el electrolito, el material a través del cual los iones se mueven durante la carga y descarga.
"Los TDMC 2D y el electrolito líquido iónico que utilizamos actúan como un sistema de cocatalizador que ayuda a que los electrones se transfieran más rápido, lo que genera cargas más rápidas y un almacenamiento y descarga de energía más eficientes".
"Estos nuevos materiales representan una nueva vía que puede llevar las baterías al siguiente nivel, solo necesitamos desarrollar formas de producirlas y ajustarlas de manera más eficiente y a mayor escala", dijo Salehi-Khojin.
Poya Yasaei, Zahra Hemmat, Pedram Abbasi, Shadi Fuladi, Xuan Hu, Robert Klie, Fatemeh Khalili-Araghi y Baharak Sayahpour de la Universidad de Illinois en Chicago y Robert Warburton y Jeffrey Greeley de la Universidad de Purdue son coautores del artículo.
Esta investigación fue apoyada en parte por la National Science Foundation DMREF Grant 1729420.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Illinois en Chicago . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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