Las baterías de iones de litio son inflamables y el precio de la materia prima está aumentando. ¿Hay alternativas? Sí: los investigadores de Empa y ETH Zürich han descubierto enfoques prometedores sobre cómo podríamos producir baterías a partir de residuos de grafito y chatarra.
Kostiantyn Kravchyk trabaja en el grupo de Maksym Kovalenko. Este grupo de investigación tiene su sede tanto en ETH Zurich como en el Laboratorio de Empaque para Películas Finas y Fotovoltaica de Empa. El ambicioso objetivo de los dos investigadores en la sucursal de Empa es hacer una batería de la mayoríaelementos comunes en la corteza terrestre, como el magnesio o el aluminio. Estos metales ofrecen un alto grado de seguridad, incluso si el ánodo está hecho de metal puro. Esto también ofrece la oportunidad de ensamblar las baterías de una manera muy simple y económica.aumentar rápidamente la producción.
Para que estas baterías funcionen, el electrolito líquido debe consistir en iones especiales que no se cristalizan a temperatura ambiente, es decir, forman una especie de masa fundida. Los iones metálicos se mueven hacia adelante y hacia atrás entre el cátodo y el ánodo en este"fusión en frío", encerrado en una gruesa capa de iones de cloruro. Alternativamente, podrían usarse aniones orgánicos grandes pero livianos, que no contienen metales. Sin embargo, esto tiene un problema: ¿dónde se supone que estos iones "gruesos"ir cuando la batería está cargada? ¿Qué podría ser un material de cátodo adecuado? A modo de comparación: en las baterías de iones de litio, el cátodo está hecho de un óxido de metal, que puede absorber fácilmente los pequeños cationes de litio durante la carga. Esto no funciona paraSin embargo, estos iones grandes tienen una carga opuesta a los cationes de litio.
Batería puesta "boca abajo"
Para resolver el problema, el equipo de Kovalenko se puso manos a la obra: los investigadores pusieron patas arriba el principio de la batería de iones de litio. En las baterías de iones de litio convencionales, el ánodo el polo negativo está hecho de grafito, las capasde los cuales en un estado cargado contienen los iones de litio. En la batería de Kovalenko, por el contrario, el grafito se utiliza como un cátodo el polo positivo. Los aniones gruesos se depositan entre las capas de grafeno. En la batería de Kovalenko, elel ánodo está hecho de metal.
Kravchyk hizo un descubrimiento notable mientras buscaba el grafito "correcto": descubrió que el grafito residual producido en la producción de acero, denominado "grafito kish", es un excelente material de cátodo. El grafito natural también funciona igualmente bien:- si se suministra en escamas gruesas y no se tritura demasiado o en formas plegadas, sin escamas.La razón: las capas de grafito se abren en los bordes de las escamas y los aniones gruesos pueden deslizarse dentro de la estructura más fácilmente.Sin embargo, el grafito de tierra fina que normalmente se usa en las baterías de iones de litio no es adecuado para la batería de Kovalenko: al moler las partículas de grafito, las capas se arrugan como papel arrugado. Solo los pequeños iones de litio pueden penetrar este grafito arrugado,no los aniones gruesos de la batería nueva.
La batería de cátodo de grafito construida a partir de la producción de acero "grafito kish" o escamas de grafito natural en bruto tiene el potencial de volverse altamente rentable. Y si los primeros experimentos tienen algo que pasar, también es duradera. Para variosmeses, un sistema de laboratorio sobrevivió a miles de ciclos de carga y descarga. "La batería de cloruro de aluminio y cátodo de grafito podría durar décadas en el uso doméstico cotidiano", explica Kravchyk y agrega "demostraciones similares, pero aumentó aún más los voltajes de la batería, sin comprometer las capacidades, yde elementos aún más ligeros están en camino y ofrecerán un aumento adicional en las densidades de energía de 60 Wh kg-1 actuales a más de 150 Wh kg-1 "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Laboratorios federales suizos de ciencia y tecnología de materiales EMPA . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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