Las baterías de iones de litio son reconocidas por su alta densidad de energía en todo, desde teléfonos móviles hasta computadoras portátiles y vehículos eléctricos, pero a medida que la necesidad de almacenamiento de energía a escala de red y otras aplicaciones se vuelve más apremiante, los investigadores han buscado menos costos y más fácilmentealternativas disponibles al litio.
Las baterías que usan metales multivalentes más abundantes podrían revolucionar el almacenamiento de energía. Los investigadores revisan el estado actual de la investigación de baterías de iones metálicos multivalentes y proporcionan una hoja de ruta para futuros trabajos Energía natural , informando que los principales candidatos, que usan magnesio, calcio, zinc y aluminio, tienen una gran promesa, pero también grandes desafíos para satisfacer las demandas prácticas.
"En esta revisión, aclaramos las fortalezas clave, así como los conceptos erróneos comunes de las baterías multivalentes a base de metal", dijo Yan Yao, profesor asociado de ingeniería eléctrica y computacional del Cullen College of Engineering en la Universidad de Houston y coautor correspondientedel documento: "Las baterías de iones metálicos multivalentes se ven mejor como soluciones alternativas para el almacenamiento de energía a gran escala que como un competidor directo de las baterías a base de litio en la carrera hacia objetivos de densidad energética cada vez mayores".
Los investigadores también examinaron el comportamiento de crecimiento de los ánodos metálicos. Si bien el magnesio es un material prometedor, Yao dijo que es importante tener en cuenta que no se garantiza que la placa sea universal en la morfología libre de dendrita ". Solo lo hace en soluciones de electrolitos seleccionadas dondeno hay reacciones secundarias, la superficie metálica activa está libre de pasivación y la eficiencia culombiana de la extracción de placas de magnesio está cerca de la unidad ", dijo.
Yao también es investigador principal del Centro de Superconductividad de Texas en UH TcSUH.
Yanliang "Leonard" Liang, profesor asistente de investigación en el Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática de UH y coautor, dijo que la revisión del documento de los materiales catódicos existentes también ofrece nuevas ideas. "También discutimos estrategias de diseño para permitir una verdaderaMateriales de almacenamiento de energía basados en iones metálicos multivalentes con un rendimiento competitivo ", dijo.
Los puntos clave de los investigadores incluyen :
- Las preocupaciones sobre la disponibilidad y el costo del litio han despertado el interés en tecnologías alternativas de baterías que utilizan elementos más abundantes con el potencial de una mayor densidad de energía y una mayor seguridad. Los principales candidatos incluyen magnesio, calcio, zinc y aluminio, todos los cuales se conocen comometales multivalentes, o metales con electrones de valencia múltiples para dar
- Estas baterías de iones metálicos multivalentes comparten muchas similitudes en los principios de funcionamiento con las baterías de iones de litio, lo que sugiere que podrían ser rápidamente adoptadas por la industria
- Las evaluaciones previas de la densidad de energía anticipada de estas baterías a menudo consideraban solo el ánodo de metal multivalente, simplemente uno de los dos electrodos en una batería, que tiende a llegar a conclusiones engañosas. Los investigadores han proporcionado una reevaluación de la densidad de energía basadatanto en el ánodo como en el cátodo, con el objetivo de posicionar mejor estas baterías en el paisaje de almacenamiento de energía
- El uso directo de metales como ánodos es un aspecto importante para las promesas de seguridad y densidad de energía de estas baterías, pero existen incertidumbres en torno a la viabilidad de estos ánodos
- Las soluciones de electrolitos y la comprensión de los fenómenos interfaciales asociados están mejorando pero aún lejos de establecerse
- Y encontrar buenos materiales catódicos requiere consideraciones que son poco comunes en los estudios de baterías tradicionales. El mecanismo de almacenamiento de iones de los cátodos de baterías multivalentes es mucho más complicado que su contraparte de iones de litio.
- Como resultado, la interpretación errónea de la química del cátodo está sorprendentemente extendida en la literatura
Los investigadores también emitieron una lista de recomendaciones para garantizar que la investigación futura se dirija directamente a mejorar las baterías, incluyendo :
- Obtener una mejor comprensión del comportamiento de crecimiento de los ánodos metálicos, un paso crítico para cumplir las supuestas promesas de seguridad sobre las baterías de iones de litio
- Prácticas para evaluar adecuadamente la compatibilidad de los ánodos metálicos con las soluciones de electrolitos y la efectividad de los recubrimientos de protección
- Procedimientos y técnicas para interpretar correctamente el mecanismo de almacenamiento de iones en el cátodo
- Enfoques para diseñar mejores materiales catódicos
Una tabla que compara los componentes de última generación - ánodo de metal, electrolito y materiales de cátodo - para baterías basadas en cada uno de los elementos metálicos multivalentes que potencialmente podrían reemplazar al litio encontró que, aunque algunos están más avanzados que otros,ninguna de las opciones está lista para su comercialización.
El grupo de investigación de Yao se ha centrado en la química de materiales y el diseño de magnesio y otras baterías de metal multivalente; ha publicado ampliamente en las principales revistas.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Houston . Original escrito por Jeannie Kever. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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