Las baterías de metal-aire se han perseguido como sucesoras de las baterías de iones de litio debido a sus densidades de energía gravimétricas excepcionales. Podrían permitir que los autos eléctricos viajen mil millas o más con una sola carga.
Un nuevo miembro prometedor de la familia de baterías de aire de metal alcalino es la batería de aire de potasio, que tiene más de tres veces la densidad de energía gravimétrica teórica de las baterías de iones de litio. Un desafío clave en el diseño de baterías de aire de potasio es elegir elelectrolito derecho, el líquido que facilita la transferencia de iones entre el cátodo y el ánodo.
Por lo general, los electrolitos se eligen utilizando un enfoque de prueba y error basado en reglas generales que correlacionan varias propiedades de los electrolitos, seguido de pruebas exhaustivas y que requieren mucho tiempo de varios candidatos a electrolitos para ver si se logra el rendimiento deseado.
Investigadores de la Universidad de Washington en St. Louis, dirigidos por Vijay Ramani, el Profesor Distinguido Roma B. y Raymond H. Wittcoff de Medio Ambiente y Energía en la Escuela de Ingeniería McKelvey, ahora han demostrado cómo los electrolitos para las baterías de aire de metal alcalino puedenser elegido usando un único parámetro fácil de medir.
Su trabajo fue publicado el 8 de julio en el Actas de la Academia Nacional de Ciencias .
El equipo de Ramani estudió las interacciones fundamentales entre la sal y el disolvente en el electrolito y mostró cómo estas interacciones pueden influir en el rendimiento general de la batería. Desarrollaron un parámetro novedoso, a saber, el Módulo Thiele "Electroquímico", una medida de la facilidad del transporte de iones ay reacción en una superficie de electrodo.
Esta investigación documenta la primera vez que la teoría de transferencia de electrones Marcus-Hush, ganadora del Premio Nobel, se ha utilizado para estudiar el impacto de la composición de electrolitos en el movimiento de los iones a través del electrolito y su reacción en la superficie del electrodo.
Se demostró que este módulo de Thiele disminuye exponencialmente al aumentar la energía de reorganización del solvente, una medida de la energía necesaria para modificar la esfera de solvatación de una especie disuelta. Por lo tanto, la energía de reorganización del solvente podría usarse para seleccionar racionalmente electrolitos para metales de alto rendimientobaterías de aire. No más prueba y error.
"Comenzamos tratando de comprender mejor la influencia del electrolito en la reacción de reducción de oxígeno en los sistemas de baterías de metal-aire", dijo Shrihari Sankarasubramanian, científico investigador del equipo de Ramani y autor principal del estudio.
"Terminamos mostrando cómo la difusión de iones en el electrolito y la reacción de estos iones en la superficie del electrodo se correlacionan con la energía necesaria para romper la capa de solvatación alrededor de los iones disueltos".
"Mostrar cómo un descriptor de parámetro único de la energía de solvalación se correlaciona tanto con el transporte de iones como con la cinética de la reacción superficial es un avance revolucionario", dijo Ramani. "Nos permitirá desarrollar racionalmente nuevos electrolitos de alto rendimiento para baterías de metal-aire"."
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Materiales proporcionado por Universidad de Washington en St. Louis . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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