Las baterías de litio recargables de aire son una tecnología de última generación: en teoría, podrían ser mucho más livianas y ofrecer un mejor rendimiento que las baterías de iones de litio actuales. Sin embargo, actualmente se agotan después de unos pocos ciclos de carga. Investigadores de la Universidad Técnica deMunich TUM y el Forschungszentrum Jülich han investigado los procesos y han descubierto un posible culpable: el oxígeno singlete altamente reactivo, que se libera cuando se cargan las baterías.
Una dieta de recorte está en orden: los teléfonos celulares todavía se abultan de los bolsillos de las chaquetas y las computadoras portátiles continúan sobrecargando los músculos de los hombros. La culpa son principalmente las baterías: las baterías omnipresentes de iones de litio necesitan electrodos pesados hechos de óxidos de metales de transición.
Por lo tanto, se buscan alternativas livianas. "Uno de los enfoques más prometedores es la batería de litio de aire en la que el cátodo de óxido de cobalto de litio es reemplazado por partículas de carbono", explica Johannes Wandt, candidato a doctorado y miembro del profesor Hubert Gasteiger'sequipo del Departamento de Electroquímica Técnica de TUM.
"La densidad de energía teórica de estas nuevas baterías recargables es significativamente mayor que la de las baterías de iones de litio tradicionales:" Desafortunadamente, la tecnología aún no está lista para el uso diario porque las baterías de litio recargables tienen una vida útil muy corta: después de solo unpocos ciclos de carga, el electrodo de carbono se corroe y el fluido electrolítico se descompone. "El problema era que nadie sabía exactamente por qué", señala Wandt.
El misterio de la corta duración de la batería
En colaboración con sus colegas, Wandt ahora ha resuelto el misterio. Los científicos de Munich, junto con expertos del Forschungszentrum Jülich, identificaron a un posible culpable de los electrodos en descomposición y el fluido electrolítico en un experimento: oxígeno singulete, una sustancia extremadamente reactiva,se crea cuando se cargan las baterías de litio de aire. En fracciones de segundo corroe el material circundante con el que entra en contacto.
La sospecha de que el oxígeno singlete daña las baterías no es completamente nueva. Pero solo ahora los investigadores han detectado la sustancia altamente reactiva. ¿Por qué tardó tanto? "En pocas palabras, nadie se molestó en buscarla", sospecha el investigador de TUM Johannes WandtDebido a un error de cálculo, la comunidad investigadora asumió erróneamente que la reacción subyacente solo ocurre a altos voltajes. Una configuración experimental bastante compleja agravó aún más la situación.
Dos años de violín
Para investigar el proceso de carga con mayor precisión, los investigadores de TUM construyeron una batería especial de litio de aire. Los sumideros de energía son delgados y están dispuestos en forma de hélice dentro de una carcasa de vidrio transparente. Esto garantiza que la radiación de microondas y los campos magnéticos sean esenciales para ellas medidas no están protegidas
"Además, agregamos moléculas al fluido electrolítico que capturan el oxígeno singlete de corta duración y lo unen como un radical estable", informa Wandt. "Usando un instrumento de medición especial en Jülich para espectroscopía de resonancia paramagnética electrónica, o EPR,pudimos corroborar la formación de oxígeno singlete durante el proceso de carga.
"El problema se ha identificado, pero no se ha evitado. Ahora, los investigadores esperan encontrar un mecanismo para prevenir la formación de oxígeno singlete durante la carga". La investigación básica podría proporcionar la base para el desarrollo de un novedoso y duraderobaterías de litio de aire ", dice Wandt.
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Materiales proporcionado por Universidad Técnica de Munich TUM . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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