Esta imagen ampliada muestra el aluminio depositado sobre las fibras de carbono en el electrodo de la batería. El enlace químico hace que el electrodo sea más grueso y su cinética más rápida, lo que hace que la batería sea más segura, más barata y más sostenible que las baterías de iones de litio. Fuente: Universidad de Cornell
El costo de la energía solar ha disminuido tanto en los últimos años que brinda a las fuentes de energía tradicionales la oportunidad de generar ingresos. Sin embargo, los desafíos del almacenamiento de energía, que requieren la capacidad de acumular suministros de energía solar periódicos y estacionalmente variables, hicieron que la tecnología no fuera económicamente competitiva.
Los científicos de la Universidad de Cornell, dirigidos por el decano y profesor de ingeniería Lynden Archer, investigaron el uso de materiales baratos para crear pilas hacer que el almacenamiento de energía sea más asequible. Ahora han demostrado que incluye una nueva técnica aluminio esto da como resultado baterías recargables que proporcionan hasta 10,000 ciclos sin errores.
Este nuevo tipo de batería podría proporcionar una alternativa más segura y respetuosa con el medio ambiente para baterías de iones de litioque dominan el mercado en este momento, pero tardan en cargarse y tienen un don para prender fuego.
Un artículo del equipo “Regulación de la morfología por electrodeposición en ánodos de batería de aluminio de alta capacidad y Cink mediante unión de sustrato metálico de interfaz”, publicado en La energía de la naturaleza.
Una de las ventajas del aluminio es que es rico en corteza terrestre, es trivalente y ligero, por lo que tiene una gran capacidad para almacenar más energía que muchos otros metales. Sin embargo, la integración de aluminio en los electrodos de la batería puede resultar difícil. Reacciona químicamente con el separador de fibra de vidrio que separa físicamente el ánodo y el cátodo, provocando cortocircuito y fallará.
La solución de los científicos fue diseñar un sustrato de fibras de carbono entrelazadas que forman un enlace químico aún más fuerte con el aluminio. Cuando la batería está cargada, el aluminio se deposita en la estructura de carbono con enlace covalente, es decir, compartir pares de electrones entre átomos de aluminio y carbono.
Aunque los electrodos de las baterías convencionales son solo bidimensionales, la técnica utiliza una arquitectura tridimensional, o no plana, y crea capas de aluminio más profundas y consistentes que se pueden controlar con precisión.
Las baterías de ánodo de aluminio se pueden cargar y descargar de manera reversible en uno o más órdenes de magnitud más que otras baterías recargables de aluminio en condiciones prácticas.
Jingxu Zheng et al., Regulación de la morfología de electroseposición en ánodos de batería de zinc y aluminio de alta capacidad mediante unión interfacial de sustrato de metal, La energía de la naturaleza (2021). DOI: 10.1038 / s41560-021-00797-7
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Universidad de Cornell