Tecnología y características innovadoras de la batería de litio-aire

Todos nos maravillamos de la revolución que la tecnología ha provocado durante los últimos siglos. Sin embargo, cuanto más evoluciona esta revolución tecnológica, más consumen una mayor cantidad de energía y esto conduce a una huella de carbono masiva. El área dominante en la demanda de una mayor producción de energía todos los días es el sector del transporte. No es sorprendente que sea el mismo departamento el que resulte en múltiples complicaciones ambientales, como la contaminación urbana común que afecta a muchas ciudades de todo el mundo.

Según las estadísticas, más del 50% de las emisiones de CO de un país corresponde al sector del transporte, donde es común encontrar tubos de escape tosiendo a la atmósfera desde todos los rincones. Sin embargo, ha habido una gran mejora en las últimas dos décadas debido a la limitación previsible de los combustibles fósiles y un mayor énfasis en la ecología para el medio ambiente. El sistema de transporte ahora se está electrificando, por ejemplo, los trenes y vehículos eléctricos se están convirtiendo en el nuevo centro de atención al moverse de un lugar a otro. Esto servirá como una posible solución para frenar el problema de la contaminación y conservar más energía al tiempo que protege el medio ambiente.

El avance de la electrificación del sistema de transporte no ha sido tan rápido como la gente hubiera esperado debido a la falta del sistema de almacenamiento de energía perfecto. Sin embargo, desde la introducción de las baterías de iones de litio, ha habido un impulso significativo en el desarrollo de un entorno más ecológico y electrizante. Las baterías de iones de litio se consideran la fuente de energía más poderosa para impulsar este proyecto "verde".

Sin embargo, todavía se están realizando investigaciones para desarrollar mejores versiones de estas células porque todavía no están allí. Se ha demostrado teóricamente que las baterías de litio-aire tienen mayores densidades de energía que las celdas normales de iones de litio. También han demostrado un potencial notable de ser la fuente de energía más confiable del futuro que podría reducir significativamente la huella de carbono en la superficie de la tierra.

Celda de batería LiFePO4 de baja temperatura de 3,2 V y 20 A -40 ℃ Capacidad de descarga de 3C≥70 % Temperatura de carga: -20~45 ℃ Temperatura de descarga: -40~+55 ℃ Prueba de acupuntura aprobada -40 ℃ Tasa máxima de descarga: 3C

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¿Tiene la tecnología de baterías de litio-aire algún avance?

Durante años, los científicos han intentado crear una batería más potente, estable, ecológica y de mayor duración que pueda superar a cualquier otra batería de iones de litio. En 1995, se descubrió la notable batería de litio-aire. Se sabe que la batería tiene una mayor densidad de energía en comparación con las baterías normales de iones de litio y también es más estable, lo que las hace más seguras para cada aplicación. Las baterías de litio-aire han logrado varios avances en sus aplicaciones, tales como:

Vehículos

Ha habido un interés creciente en el uso de baterías de litio-aire en la fabricación de vehículos eléctricos. Dado que estas baterías tienen una densidad de energía volumétrica y específica teóricamente alta, que es mucho mayor que la de la gasolina. Los motores eléctricos que utilizan estas baterías proporcionan una eficiencia mayor de aproximadamente el 95%, que es más del 30% que proporciona un motor de combustión interna. Las baterías de litio-aire son capaces de producir un paquete de baterías de aproximadamente un tercio del tamaño de los tanques de combustible estándar en los vehículos.

Respaldos de cuadrícula

Normalmente, alrededor del 20% de la energía producida por las células solares se pierde cuando se carga la batería. Por lo tanto, la introducción de baterías híbridas de células solares ha abierto una oportunidad para el uso de baterías de litio-aire. Esto se debe a que el híbrido almacena el 100% de la energía producida.

¿Cómo funciona la batería de litio-aire?

Las baterías de litio-aire se caracterizan por ser celdas de metal-aire. En detalle, se trata de baterías que constan de un electrodo de ánodo a base de metal y uno de cátodo a base de aire. Los electrodos están diseñados para extraer constantemente oxígeno del aire.

Las baterías tienen el mismo principio de funcionamiento que las baterías de iones de litio generales. Los iones de litio se mueven entre los dos electrodos a través del electrolito. Durante la descarga, los electrones siguen el circuito externo mientras que los iones de litio se mueven hacia el cátodo. Cuando se trata de períodos de carga, los iones de litio se mueven hacia el ánodo y liberan oxígeno. Este principio cubre tanto las baterías de litio-aire acuosas como las no acuosas. Sin embargo, las baterías acuosas de litio-aire necesitan una capa protectora en el electrodo negativo para evitar que el metal de litio reaccione con el agua presente.

Ánodo

El ánodo suele estar hecho de metal litio. Aquí, el potencial electroquímico obliga al metal litio a liberar electrones a través de la oxidación. Esto excluye el oxígeno en el cátodo. Sin embargo, existen algunos desafíos que se plantean en el ánodo. Evitar que el ánodo reaccione con el electrolito es un problema importante porque el metal litio allí corre el riesgo de depósitos dendríticos de litio y esto puede disminuir la capacidad de energía o incluso causar cortocircuitos.

Batería de polímero resistente para portátiles de alta densidad de energía y baja temperatura Especificación de la batería: 11,1 V 7800 mAh -40 ℃ Capacidad de descarga de 0,2 C ≥80 % A prueba de polvo, resistencia a caídas, anticorrosión, antiinterferencias electromagnéticas

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Cátodo

Durante la carga en el cátodo, el oxígeno cede algunos de sus electrones al litio a través de la reducción. El cátodo está hecho de un carbono mesoporoso con metacatalizadores utilizados para mejorar la velocidad de reducción que tiene lugar y aumentar la capacidad específica del electrodo. Normalmente, el manganeso, la plata, el cobalto, el rutenio, el platino o una combinación de manganeso y cobalto sirven como catalizadores más adecuados.

También se han encontrado algunos defectos en el cátodo. Si bien es común encontrar oxígeno atmosférico allí que no tiene ningún efecto sobre el electrodo, contaminantes como el vapor de agua pueden dañarlo. Además, los casos de descarga incompleta debido al bloqueo del cátodo de carbono poroso con peróxido de litio son otra limitación importante. El rendimiento de las baterías de litio-aire suele estar limitado por la eficacia de la reacción en el cátodo. Esto se debe a que la mayoría de las caídas de voltaje tienden a ocurrir en el cátodo.

Electrólito

Al igual que cualquier otra batería, las celdas de litio-aire necesitan un electrolito para el movimiento de iones y electrones. Sin embargo, cuando se trata de estas baterías, se utilizan cuatro versiones diferentes de electrolitos. Estos incluyen ácido acuoso, alcalino acuoso, prótico no acuoso y aprótico.

¿Cuáles son las características específicas de la batería de litio-aire?

La energía específica más alta reportada para las baterías de iones de litio es de 362 Wh / kg y, aunque podría ser mucho más alta que la de las baterías de iones de litio, solo tiende a obtener alrededor del 20% del valor práctico esperado. Los iones de litio transportan aproximadamente 180Wh / kg de energía específica y esto es mucho más bajo que las baterías de litio-aire. Las baterías de litio-aire también tienen una potencia específica de aproximadamente 0,46 mW / g.

Ultimas palabras

Aunque las baterías de litio-aire han demostrado ser mejores que las celdas de iones de litio en muchas áreas, aún no se han adaptado en aplicaciones importantes. Esto se debe a que las capacidades de la batería son principalmente teóricas y, por lo tanto, es necesario realizar más investigación y experimentación. Sin embargo, el futuro de las baterías de iones de litio parece brillante porque para que podamos lograr un mundo "Go Green", necesitaríamos adaptar tales baterías en nuestro desarrollo.