Agua

Crédito de la imagen: Ingeniería de Texas A&M

Por el equipo editorial de E&T

Publicado martes, 4 de abril de 2023

Investigadores de la Universidad Texas A&M han demostrado que las baterías a base de agua podrían proporcionar una alternativa más segura y eficiente a las baterías de iones de litio que contienen cobalto.

Estos nuevos tipos de baterías no solo reducirían la dependencia de EE. UU. de los países que exportan cobalto y litio, sino que también podrían prevenir incendios relacionados con las baterías.

"Ya no habría incendios de baterías porque es a base de agua", dijo la profesora de ingeniería química, la Dra. Jodie Lutkenhaus. "En el futuro, si se prevé escasez de materiales, el precio de las baterías de iones de litio aumentará considerablemente.

"Si tenemos esta batería alternativa, podemos recurrir a esta química, donde el suministro es mucho más estable porque podemos fabricarlas aquí en los Estados Unidos y los materiales para fabricarlas están aquí".

Las baterías a base de agua constan de un cátodo, un electrolito y un ánodo. Los cátodos y ánodos son polímeros que pueden almacenar energía, y el electrolito es agua mezclada con sales orgánicas.

El electrolito es clave para la conducción de iones y el almacenamiento de energía a través de sus interacciones con el electrodo, y la investigación reciente del equipo indica que la elección del material puede ser crucial.

"Si un electrodo se hincha demasiado durante el ciclo, entonces no puede conducir los electrones muy bien y se pierde todo el rendimiento", dijo Lutkenhaus. "Creo que hay una diferencia del 1000 por ciento en la capacidad de almacenamiento de energía, dependiendo de la elección del electrolito debido a los efectos de expansión".

Los científicos afirman que las nuevas baterías podrían fabricarse a partir de polímeros radicales no conjugados activos redox (electrodos). Sin embargo, la reacción es difícil de analizar debido a la transferencia simultánea de electrones, iones y moléculas de agua.

Para demostrar este método, los investigadores complementaron los experimentos con análisis y simulación computacional.

"La teoría y el experimento a menudo trabajan en estrecha colaboración para comprender estos materiales. Una de las cosas nuevas que hacemos computacionalmente en este documento es que en realidad cargamos el electrodo en múltiples estados de carga y vemos cómo responde el entorno a esta carga", dijo. profesor asistente de química Dr. Daniel Tabor.

Los investigadores observaron macroscópicamente si el cátodo de la batería funcionaba mejor en presencia de ciertos tipos de sales al medir exactamente la cantidad de agua y sal que entra en la batería mientras está en funcionamiento.

Si tienen éxito, las baterías a base de agua podrían convertirse en una alternativa más segura a los tipos de baterías que se utilizan en la actualidad. Otra opción propuesta ha sido el uso de baterías de caucho.

"Con esta nueva tecnología de almacenamiento de energía, este es un impulso para las baterías sin litio. Tenemos una mejor imagen a nivel molecular de lo que hace que algunos electrodos de batería funcionen mejor que otros, y esto nos brinda una fuerte evidencia de hacia dónde avanzar en materiales. diseño", agregó Tabor.

Las baterías de iones de litio son responsables de alrededor del 48 % de todos los incendios de residuos (alrededor de 700 al año) que ocurren en el Reino Unido cada año, lo que cuesta a los operadores de residuos, a los servicios de bomberos y al medio ambiente aproximadamente 158 millones de libras al año, según una investigación publicada por Eunomia.

El informe informal de la organización sugiere que la cantidad anual de incendios de baterías podría ser tres veces mayor que la estimación de Eunomia, con cientos de incendios más en instalaciones de reciclaje y gestión de residuos y vehículos de recolección.

En julio de 2022, un gran incendio en un rascacielos de Londres llevó a los bomberos a emitir una advertencia urgente sobre el riesgo de incendios que involucran las baterías de litio de las bicicletas eléctricas convertidas.

El proyecto de batería a base de agua está financiado por el Departamento de Energía de EE. UU. y la Fundación Nacional de Ciencias a través de la Estación Experimental de Ingeniería de Texas A&M. Los hallazgos de los experimentos se han publicado en un artículo en Nature Materials.

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