Teléfonos, computadoras portátiles, autos eléctricos: las baterías están en todas partes. Y para cumplir con las expectativas de los consumidores actuales, estas baterías son cada vez más livianas, más potentes y están diseñadas para durar más. Actualmente, la tecnología más importante para estas aplicaciones es el ion de litiotecnología de batería: pero la tecnología es costosa y contiene un líquido inflamable, que puede representar un peligro para la seguridad, cuando se abusa de la batería. Para satisfacer la creciente demanda de los mercados emergentes automóviles eléctricos, por ejemplo, y almacenamiento de energía renovable, investigadores deEmpa, los Laboratorios Federales Suizos de Ciencia y Tecnología de Materiales y la Universidad de Ginebra UNIGE, Suiza, han ideado un nuevo prototipo de batería: conocido como "todo en estado sólido", esta batería tiene el potencial de almacenar más energía mientrasmanteniendo altos niveles de seguridad y confiabilidad. Además, la batería está basada en sodio, una alternativa barata al litio. Lea sobre la investigación con más detalle en la revista Energía y ciencias ambientales .
Para que una batería funcione, debe tener los siguientes tres componentes clave: un ánodo el polo negativo, un cátodo el polo positivo y un electrolito. La mayoría de las baterías usadas en nuestros equipos electrónicos hoy en día están basadas en litioiones. Cuando la batería se carga, los iones de litio salen del cátodo y se mueven hacia el ánodo. Para evitar la formación de dendritas de litio, una especie de estalagmita microscópica que puede inducir cortocircuitos en la batería que pueden provocar un incendio, el ánodo de las baterías comercialesestá hecho de grafito en lugar de litio metálico, a pesar de que este metal ultraligero aumentaría la cantidad de energía que se puede almacenar.
Los investigadores de Empa y UNIGE se centraron en las ventajas de una batería "sólida" para hacer frente a la mayor demanda de los mercados emergentes y hacer baterías con un rendimiento aún mejor: carga más rápida junto con mayor capacidad de almacenamiento y mayor seguridad. Su batería utiliza unsólido en lugar de un electrolito líquido que permite el uso de un ánodo de metal al bloquear la formación de dendritas, lo que permite almacenar más energía al tiempo que garantiza la seguridad.
una batería de sodio sólido no inflamable
"Pero aún teníamos que encontrar un conductor iónico sólido adecuado que, además de no ser tóxico, fuera química y térmicamente estable, y que permitiera que el sodio se moviera fácilmente entre el ánodo y el cátodo", explica Hans Hagemann, profesor del Departamento de Química Física de la Facultad de Ciencias de la UNIGE. Los investigadores descubrieron que una sustancia a base de boro, un closo-borano, permitía que los iones de sodio circularan libremente. Además, dado que el closo-borano es un conductor inorgánico, eliminael riesgo de que la batería se incendie mientras se recarga. Es un material, en otras palabras, con numerosas propiedades prometedoras.
"La dificultad fue establecer un contacto cercano entre las tres capas de la batería: el ánodo, que consiste en sodio metálico sólido; el cátodo, un óxido de cromo sódico mixto; y el electrolito, el closo-borano", afirma Léo Duchêne, investigador deEl Laboratorio de Materiales para la Conversión de Energía de Empa y un estudiante de doctorado en el Departamento de Química Física de la Facultad de Ciencias de la UNIGE. Los investigadores disolvieron parte del electrolito de la batería en un solvente antes de agregar el polvo de óxido de cromo sódico. Una vez que el solvente se había evaporado, apilaron elcompuesto de polvo de cátodo con el electrolito y el ánodo, comprimiendo las diversas capas para formar la batería.
Investigadores de Empa y UNIGE probaron posteriormente la batería. "La estabilidad electroquímica del electrolito que estamos usando aquí puede soportar tres voltios, mientras que muchos electrolitos sólidos previamente estudiados están dañados al mismo voltaje", dice Arndt Remhof, investigadoren Empa y líder del proyecto, que cuenta con el apoyo de la Fundación Nacional Suiza de Ciencia SNSF y el Centro Suizo de Competencia para la Investigación de Energía en Almacenamiento de Calor y Electricidad SCCER-HaE. Los científicos también probaron la batería con más de 250 cargas y descargasciclos, después de los cuales el 85% de la capacidad de energía seguía siendo funcional ". Pero necesitan 1.200 ciclos antes de que la batería pueda comercializarse", dicen los investigadores. "Además, todavía tenemos que probar la batería a temperatura ambiente, por lo quepodemos confirmar si se forman o no dendritas, mientras aumentamos el voltaje aún más. Nuestros experimentos aún están en curso ".
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Materiales proporcionado por Universidad de Ginebra . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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