La nueva batería radical de aluminio promete energía más sostenible

Investigadores de Australia y China esperan crear la primera batería de aluminio de radicales de agua no tóxica, segura y eficiente del mundo.

Equipos de la Universidad de Flinders en el sur de Australia y la Universidad de ciencia y tecnología de Zhejiang en China informaron sobre la primera etapa de desarrollo de estas nuevas baterías en un artículo titulado Lewis Acid-Induced Reversible Disproportionation of TEMPO Enables Aqueous Aluminium Radical Batteries, publicado por Revista de la Sociedad Química Estadounidense.

La mayoría de las baterías contienen materiales peligrosos y pueden contaminar el medio ambiente cuando se desechan en vertederos o en otro lugar. Materiales como el plomo, el cadmio y el mercurio pueden envenenar a personas y animales, contaminar el suelo y el agua y permanecer en el medio ambiente durante mucho tiempo.

El Dr. Kai Zhang de la Universidad Sci-Tech de Zhejiang y el profesor asociado Zhongfan Jia del Laboratorio de Investigación de la Universidad de Flinders colaboraron en la (electro)química de los radicales estables en el electrolito ácido de Lewis más utilizado (Al(OTf)₃ y prueba de batería.

El equipo desarrolló el primer diseño de baterías radicales de aluminio que utilizan electrolitos a base de agua que son ignífugos y estables en el aire, proporcionando un voltaje de salida estable de 1,25 V y una capacidad de 110 mAh g^-1 más de 800 ciclos con solo 0.028% de pérdida por ciclo.

El profesor Zhongfan Jia de la Facultad de Ciencias e Ingeniería de la Universidad de Flinders espera utilizar materiales biodegradables para desarrollar baterías blandas en el futuro para que el producto sea seguro y sostenible.

Baterías multivalentes con iones metálicos, incluido Al³⁺zinc²⁺ o magnesio²⁺utilizan elementos abundantes en la corteza terrestre y proporcionan una densidad de energía mucho mayor que las baterías de iones de litio (LIB), dice el profesor Jia.

“Las baterías de iones de aluminio (AIB) en particular están atrayendo mucha atención, ya que el aluminio es el tercer elemento más común (8,1 %), lo que convierte a AIB en un sistema de almacenamiento de energía potencialmente sostenible y de bajo costo”.

Sin embargo, uno de los principales desafíos para los AIB actuales es el lento movimiento de Al³⁺ complejos iónicos que conducen a AIB con bajo rendimiento de cátodo. Los polímeros orgánicos conjugados son cátodos nuevos para que los AIB resuelvan el problema del transporte de iones, pero su eficiencia de salida de voltaje de la batería sigue siendo baja.

Los radicales estables son una clase de moléculas electroactivas orgánicas que se utilizan ampliamente en varios sistemas de baterías orgánicas. El primero de su tipo fue comercializado por NEC en 2012.

El laboratorio de Jia en la Universidad de Flinders ha desarrollado previamente materiales radicales para LIB híbridas orgánicas, baterías de iones de sodio y baterías totalmente orgánicas. Estos materiales radicales nunca se han utilizado en AIB debido a la falta de comprensión de su reacción (electro)química en electrolitos.