Por qué la nueva batería de litio puede lograr una longevidad ultrarrápida

En teoría, la batería de super litio de Christopher Wolverton puede funcionar. En una tarea difícil, la batería utiliza oxígeno para impulsar reacciones químicas. Los investigadores creían anteriormente que esto haría que la batería se volviera inestable, pero el experimento descubrió que no solo la batería puede funcionar correctamente, sino que también tiene un alto rendimiento.

En colaboración con investigadores del Laboratorio Nacional Argonne, el Grupo de Investigación Wolverton de la Universidad de Northworth desarrolló una batería recargable de óxido de hierro y litio, que tiene más baterías de óxido de hierro y litio que las baterías normales de óxido de litio y cobalto. Se puede convertir en baterías de mayor capacidad y puede mantener vivos los teléfonos inteligentes y los automóviles eléctricos.

"Nuestros cálculos predictivos de este tipo de reacción de la batería son muy prometedores, pero hay muchos escépticos que aparecerán si no hay un proceso experimental para confirmar", dijo Wolverton, profesor de ciencia e ingeniería de materiales en la Escuela de Ingeniería McCormick de la Universidad Northwest. . "De hecho, jugó un papel muy importante".

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 regresan al ánodo, donde se almacenan. El cátodo está hecho de iones de litio, metales de transición y compuestos de oxígeno. Cuando los iones de litio se mueven del ánodo al cátodo y regresan, el cobalto puede almacenar y liberar energía eléctrica de manera efectiva, y la capacidad del cátodo se ve limitada posteriormente por el número de electrones en el metal de transición involucrado en la reacción.

"Tradicionalmente, los metales de transición pueden reaccionar", dijo Wolverton. "Debido a que cada cobalto representa sólo un ión de litio, existe un límite en la cantidad de almacenamiento y, lo que es peor, en la actualidad, las baterías de los teléfonos móviles o portátiles suelen utilizar sólo la mitad del litio del cátodo".

Las baterías de óxido de litio y cobalto han estado en el mercado durante 20 años, pero los investigadores están buscando alternativas más baratas y de mayor capacidad. El equipo de Wolverton utilizó dos estrategias para mejorar las baterías de óxido de cobalto y litio ordinarias: reemplazar el cobalto por hierro y obligar al oxígeno a participar en el proceso de reacción.

Si el oxígeno también puede almacenar y liberar electricidad, la batería tendrá una capacidad más eficiente para almacenar y utilizar litio. Aunque otros grupos de investigación han probado esta estrategia en el pasado, pocas personas lo han logrado. "El problema es que si intenta involucrar oxígeno en la reacción, el compuesto se vuelve inestable", dijo Yao. "Se liberará oxígeno de la batería y la reacción será irreversible".

Mediante cálculos, Wolverton y Yao encontraron una fórmula reversible. En primer lugar, utilizan hierro en lugar de cobalto, lo que resulta sumamente ventajoso porque es uno de los elementos más baratos de la tabla periódica. En segundo lugar, mediante cálculos, encontraron el equilibrio correcto de iones de litio, iones de hierro e iones de oxígeno, de modo que los iones de oxígeno y hierro provocan reacciones reversibles al mismo tiempo sin dejar escapar el oxígeno.

Wolverton dijo: "La batería no solo tiene una reacción química interesante, porque obtenemos electrones del metal y el oxígeno, no del hierro. Es posible que las baterías mejores también sean más baratas. Más importante aún, las baterías completamente recargables funcionan con cuatro baterías de litio. iones, y la reacción actual puede usar uno de estos iones de litio de manera reversible, excediendo significativamente la capacidad de las baterías actuales.Sin embargo, el uso de hierro y oxígeno para impulsar la reacción hará que los cuatro ciclos sean muy prometedores.

Wolverton dijo: "Cada metal contiene cuatro iones de litio, esto cambiará todas las baterías de litio. Esto significa que su teléfono móvil puede durar ocho veces más, o su automóvil puede continuar conduciendo ocho veces. Si los autos eléctricos pueden competir e incluso superar coches de gasolina en términos de alcance y costo, esto cambiará el mercado energético mundial.

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