La batería de óxido de hierro y litio está disponible para prolongar la vida útil de la batería

El equipo de Wolverton trabajó con investigadores de Argonne National Laboratories para desarrollar una batería recargable de óxido de hierro y litio que hace circular más iones de litio que las baterías convencionales de óxido de cobalto y litio.

El resultado es una batería de mayor capacidad que permitirá que los automóviles eléctricos y los teléfonos inteligentes que funcionan con baterías funcionen durante más tiempo.

Wolverton, profesor de ciencia e ingeniería de materiales en la Escuela de Ingeniería McCormick de la Universidad de Northwestern, dijo: "Estamos muy entusiasmados con el cálculo de la batería, pero si no se confirma ningún experimento, habrá muchos escépticos que dudan de su naturaleza científica". De hecho, su papel es muy significativo.

La investigación, apoyada por el programa Energy Frontier Research Center del Departamento de Energía de EE. UU., Se publicó recientemente en Nature Energy. Los estudiantes de Phut en el laboratorio de Wolverton, ZhenpengYao y ChunZhan postdoctoral de Argonne, fueron los primeros autores del artículo. Argonne dirigió la parte experimental del estudio, y Wolfton y Yao Ming fueron responsables del desarrollo computacional.

Las baterías de iones de litio funcionan transportando iones de litio de un lado a otro entre el ánodo y el cátodo. Cuando la batería está cargada, los iones se mueven hacia el ánodo. El cátodo está formado por un compuesto que consta de un metal de transición, iones de litio y oxígeno. El metal de transición es típicamente cobalto, que almacena y libera efectivamente energía eléctrica a medida que pasa del ánodo al cátodo y luego de regreso. La capacidad del cátodo está entonces limitada por la cantidad de electrones en el metal de transición.

Las baterías de óxido de litio y cobalto han estado disponibles comercialmente durante 20 años, pero los investigadores han estado buscando alternativas más grandes y más baratas. El equipo de Wolverton utilizó dos estrategias para mejorar la batería de óxido de cobalto de litio ordinario: usar hierro en lugar de cobalto para forzar el oxígeno en el proceso de reacción.

Si el oxígeno también almacena y libera energía eléctrica, la batería tendrá una mayor capacidad para almacenar y luego usará más y más litio. Aunque otros equipos de investigación han probado este método en el pasado, solo unos pocos lo han logrado.

" El problema era que si intentaba que el oxígeno entrara en la reacción, el compuesto se volvería inestable", dijo Yao. "Se liberará oxígeno de la batería, lo que hará que la reacción sea irreversible.

Wolverton y Yao encontraron una fórmula que hizo que el trabajo fuera reversible. Primero reemplazaron el hierro por hierro, lo cual es beneficioso porque es uno de los elementos más baratos de la tabla periódica. A través de cálculos, descubrieron el equilibrio correcto de iones de litio, hierro y oxígeno, de modo que el hierro y el oxígeno impulsan simultáneamente la reacción reversible y evitan el escape de oxígeno.

Wolverton dijo: "Debido a que obtenemos electrones de los metales y el oxígeno, y el metal que usamos es el hierro, nuestras baterías no solo tienen una composición química interesante, sino que también permiten fabricar baterías más baratas".

Otro aspecto importante es que una batería completamente cargada no comienza con un ion de litio, sino que comienza con cuatro iones de litio. La reacción actual es poder utilizar de forma reversible uno de los iones de litio, principalmente para aumentar la capacidad de las baterías existentes. Sin embargo, la posibilidad de impulsar toda la reacción mediante el uso de oxígeno y hierro es realmente atractiva.

" Cada metal tiene cuatro iones de litio, lo que lo cambiará todo", dijo Wolverton. “Esto significa que su teléfono puede extenderse 8 veces o su automóvil puede abrirse 8 veces. Si el automóvil eléctrico puede competir con los automóviles de gasolina en términos de kilometraje y costo, esto cambiará el mundo ".

Wolverton ha presentado una patente temporal para baterías en la Oficina de Innovación y Capital de Riesgo de la Universidad de Northwestern. De cara al futuro, Wolfton y su equipo planean descubrir otros compuestos para demostrar que esta estrategia funciona.

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