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TECNOLOGIA. Una batería acuosa que se carga rápidamente, es más segura y menos costosa

 


El nuevo ánodo para baterías acuosas permite el uso de abundante agua de mar barata como electrolito.

Las baterías de iones de litio son fundamentales para la vida moderna, desde alimentar nuestras computadoras portátiles y teléfonos celulares hasta esos nuevos juguetes navideños. Pero existe un riesgo de seguridad: las baterías pueden incendiarse.

Las baterías acuosas a base de zinc evitan el riesgo de incendio al usar un electrolito a base de agua en lugar del solvente químico convencional. Sin embargo, el crecimiento incontrolado de las dendritas limita su capacidad para proporcionar el alto rendimiento y la larga vida necesarios para aplicaciones prácticas.

Ahora, los investigadores han informado en Nature Communications que una nueva nano-aleación de zinc-manganeso como ánodo puede superar las limitaciones actuales, lo que resulta en un alto rendimiento, una batería acuosa estable, libre de dendrita usando agua de mar como electrolito.

Los investigadores afirman que el descubrimiento ofrece una promesa para el almacenamiento de energía y otras aplicaciones, incluidos los vehículos eléctricos, ya que proporciona una batería estable de bajo costo y alta densidad de energía. Debería ser útil para baterías recargables confiables.

Un ventilador eléctrico (arriba a la izquierda) funciona con la batería de zinc propuesta; perfiles típicos de carga / descarga de ZIB a 0,5 ° C (arriba a la derecha); configuración del microscopio in situ para obtener imágenes de la dinámica de la deposición de zinc (abajo a la izquierda); y el cambio de morfología causado por la deposición de zinc (abajo a la derecha). Fuente: Universidad de Houston

Las pruebas determinaron que el nuevo ánodo de nanoaleación de zinc-manganeso 3D se mantuvo estable sin degradarse durante 1000 horas de ciclos de carga / descarga bajo alta densidad de corriente (80 mA / cm 2 ). El ánodo es el electrodo que libera corriente de una batería, mientras que los electrolitos son el medio a través del cual fluye la carga iónica entre el cátodo y el ánodo. El uso de agua de mar como electrolito en lugar de agua altamente purificada ofrece otra vía para reducir el costo de la batería.

Los materiales tradicionales de ánodo utilizados en baterías acuosas han sido propensos a desarrollar dendritas, pequeños crecimientos que pueden hacer que la batería pierda energía. Los investigadores de la Universidad de Houston propusieron y demostraron una estrategia para minimizar y suprimir de manera eficiente la formación de dendrita en sistemas acuosos controlando la termodinámica de la reacción de superficie con una aleación de zinc y la cinética de reacción mediante una estructura tridimensional.

Fuente: “Stable, high-performance, dendrite-free, seawater-based aqueous batteries” by Huajun Tian, Zhao Li, Guangxia Feng, Zhenzhong Yang, David Fox, Maoyu Wang, Hua Zhou, Lei Zhai, Akihiro Kushima, Yingge Du, Zhenxing Feng, Xiaonan Shan and Yang Yang, 11 January 2021, Nature CommunicationsDOI: 10.1038/s41467-020-20334-6


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