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Las baterías son parte de la vida cotidiana moderna, alimentando todo, desde computadoras portátiles, teléfonos y aspiradoras robóticas hasta audífonos, marcapasos e incluso automóviles eléctricos. Pero estas baterías pueden representar un peligro para la seguridad y el medio ambiente.
En un estudio reciente publicado en La célula informa la ciencia física., los investigadores de la Universidad de Texas A&M exploraron elementos de un tipo diferente batería—Batería a base de agua sin metal: que reduciría la inflamabilidad de las baterías estándar y reduciría el número de componentes metálicos utilizados en su fabricación.
La mayoría de las baterías son de iones de litio, litio y cobalto, que son estratégicas a escala global, lo que significa que solo se encuentran en algunos países pero son esenciales para economía mundial y producción de baterías en los Estados Unidos.
“Este trabajo permite el diseño futuro de baterías de agua sin metal”, dice la Dra. Jodie Lutkenhaus, profesora y directora de Axalta Coating Systems en el Departamento de Ingeniería Química de Artie McFerrin en Texas A&M. “Al eliminar los metales, podemos satisfacer la demanda mundial urgente de metales estratégicos en las baterías, y al cambiar a las de base acuosa, estamos reemplazando los electrolitos volátiles inflamables por agua”.
Usando una técnica de medición altamente sensible llamada microbalanza de cristal de cuarzo electroquímico con monitoreo de dispersión, los científicos pudieron determinar cómo los electrones, iones y agua se mueven a través del electrodo durante la carga y descarga.
“Con esta información, hemos demostrado que mejores interacciones entre el electrodo y el agua conducen a una mejor eficiencia de almacenamiento de energía”, dijo.
La capacidad de almacenamiento de energía era menor que la de las baterías de iones de litio tradicionales, pero esto allana el camino para una batería más sostenible y menos volátil en el futuro.
La investigación se encuentra en sus primeras etapas y existe la posibilidad de varias aplicaciones del mundo real. Las baterías implantables para dispositivos médicos tienen un potencial particular.
El interés de Lutkenhaus comenzó cuando se enteró del énfasis en elementos estratégicos como el litio y el cobalto debido al aumento de la producción de baterías.
“Al usar materiales completamente diferentes, como los que hacemos aquí con polímeros, estamos eliminando completamente los metales de la pintura”, dijo. “Mi aspecto favorito de este trabajo es nuestra capacidad para caracterizar en profundidad los procesos de transporte molecular asociados con este polímero redox. Es solo en los últimos años que hemos podido abordar tales efectos en esta escala masiva y de tiempo “.
Lutkenhaus dijo que necesitaría identificar más polímeros compatibles con el proyecto en el futuro.
“Primero, podemos producir una celda completa de alto rendimiento para uso práctico”, dijo.
Ting Ma et al., Transferencia mixta de electrones-iones-agua en radicales macromoleculares para acumuladores de agua sin metales, La célula informa la ciencia física. (2021). DOI: 10.1016 / j.xcrp.2021.100414
Entregado por
Universidad Texas A & M