22 años de personalización de baterías
Nov 09, 2021 Pageview：206
El mundo necesita más energía y la energía debe ser renovable y limpia. Son las baterías de iones de litio las que actualmente dan forma a nuestras estrategias de almacenamiento de energía, especialmente en la etapa más avanzada de dicha tecnología. Pero la pregunta es, ¿qué debemos esperar, especialmente en los próximos años?
Los conceptos básicos de la batería serían el mejor punto de partida. Primero, una batería es simplemente un paquete de una celda o más celdas, y cada celda tiene el ánodo (un electrodo negativo), el cátodo (un electrodo positivo), un electrolito y un separador. Las propiedades de la batería, incluida la cantidad de veces que se puede recargar y descargar, la cantidad de energía que puede proporcionar y la cantidad de energía que puede producir o almacenar, dependen de los productos químicos y materiales que se utilicen para ello.
Las empresas de baterías, las instituciones y los expertos en el campo experimentan constantemente con el objetivo de encontrar productos químicos que sean más potentes, más densos, más ligeros y más baratos. Actualmente existen algunas tecnologías de baterías con un potencial transformador inimaginable. Son estas tecnologías las que sostienen el futuro de las baterías. Se trata de un ingrediente común que nadie pensó que su adición podría traer una gran diferencia.
Las baterías del futuro se preparan para ser más baratas y mejores, con solo agregar azúcar
Los investigadores han revelado que confían en haber encontrado un gran camino hacia la nueva generación de baterías. Estas baterías podrían alimentar un vehículo eléctrico para que pueda conducir a Sydney desde Melbourne con una sola carga. Y sorprendentemente, una cucharada de azúcar fue el ingrediente crucial.
Con solo agregar azúcar, los investigadores ahora han podido crear un rival más sostenible, más liviano y duradero para las baterías de iones de litio que son vitales para los submarinos, los vehículos eléctricos y la aviación.
Los investigadores han informado que mediante el uso de un aditivo a base de glucosa, particularmente en el electrodo positivo, la tecnología de litio-azufre se ha estabilizado. Como saben, es la tecnología de baterías de litio-azufre la que se ha alardeado durante mucho tiempo como base de la futura generación de baterías. Ahora, incluso está mejorando.
En los próximos años, esta tecnología podría dar lugar a vehículos, incluidos camiones y autobuses eléctricos, que puedan viajar desde Melbourne hasta Sydney sin recargar. Esta tecnología también podría permitir una gran innovación en drones agrícolas y de reparto donde el peso ligero es supremo.
En teoría, las baterías de litio-azufre tienen el potencial de almacenar entre 2 y 5 veces más energía que las baterías de iones de litio de la misma categoría y peso. El principal desafío ha sido que esto solo ha sido en teoría. Sin embargo, durante el uso, los electrodos de las baterías de litio y azufre se deterioran a un ritmo más rápido y las baterías simplemente se rompen.
Los expertos dieron dos posibles explicaciones para esto. Primero, los electrodos de azufre positivos sufrieron extensamente de contracción y expansión sustanciales, debilitándose, lo que los hace inaccesibles para el litio. La segunda razón es que los compuestos de azufre contaminaron el electrodo de litio negativo.
Se ha demostrado que la estructura del electrodo de azufre podría abrirse para adaptarse a la expansión y también hacerlo más accesible al litio.
El azúcar ahora se puede incorporar a la arquitectura similar a una red del electrodo. Esto estabiliza el azufre, evitando así que se mueva cubriendo el electrodo de litio.
Los expertos han construido prototipos de celdas de prueba que tienen una vida útil de carga-descarga de 1000 ciclos o más, mientras que aún tienen mucha más capacidad en comparación con las baterías de iones de litio equivalentes.
Como tal, cada carga dura más y esto prolonga la vida útil de la batería. La fabricación de las baterías tampoco requiere materiales expansivos, tóxicos y exóticos.
Los proponentes de esta tecnología se inspiraron en un informe de geoquímica publicado en 1988 y dieron una descripción de cómo las sustancias a base de azúcar forman fuertes enlaces con sulfuros para resistir las degeneraciones en los sedimentos geológicos.
Por supuesto, la mayoría de los desafíos en el lado del cátodo de la batería ahora se han resuelto con la nueva tecnología. Sin embargo, aún se necesita más innovación sobre cómo proteger el ánodo de metal de litio para que se pueda permitir la absorción a gran escala de esta gran y prometedora tecnología. Lo más probable es que estas innovaciones estén a la vuelta de la esquina.
Superbaterías del futuro
El mundo necesita baterías que sean más seguras de usar, duren más y almacenen más energía. Afortunadamente, hay nuevas baterías que llegarán pronto y son las que se espera que alimenten el futuro. Incluyen:
Baterías de tungsteno de litio NanoBolt
En esta batería, se agregan nanotubos de tungsteno y capas de carbono, que se adhieren fuertemente al sustrato del ánodo de cobre antes de construir una nanoestructura similar a una red. Eso forma una gran superficie donde se pueden adherir más iones durante los ciclos de descarga y recarga. Eso hace que la batería de tungsteno de litio NanoBolt se recargue más rápido y también almacene más energía.
Baterías de electrolitos de organosilicio
El peligro de que el electrolito explote o se incendie es el principal problema de las baterías de litio. Los profesores de química Robert West y Robert Hamers de la Universidad de Wisconson-Madiso, en su búsqueda de algo más seguro para reemplazar el sistema de solventes a base de carbonato que se encuentra en las baterías de iones de litio, desarrollaron OS (solventes líquidos a base de organosilicio. Esto ha contribuido en gran medida a las mejoras en tecnología de baterías Los electrolitos resultantes se pueden diseñar fácilmente, especialmente a nivel molecular, para los mercados de baterías de iones de litio industriales, militares y de consumo.
Baterías de óxido de zinc-manganeso
Un equipo que operaba desde el Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico del DOE estaba investigando supuestos convencionales sobre cómo funciona una batería. Se sorprendieron al descubrir una reacción de conversión química inesperada en la batería de óxido de zinc-manganeso. En el caso de que el proceso pueda controlarse, entonces puede conducir a un aumento de la densidad de energía en las baterías convencionales sin incurrir necesariamente en ningún coste. Este nuevo desarrollo coloca a la batería de óxido de zinc-manganeso en una posición de ser una alternativa a las baterías de plomo-ácido y de iones de litio, especialmente para el almacenamiento de energía a mayor escala para agregar a la red eléctrica del país.
Baterías de coches eléctricos del futuro
La transición a los vehículos eléctricos dependerá en gran medida del desarrollo y las tecnologías de las baterías de los vehículos eléctricos.
Los investigadores ya están compitiendo contra el tiempo para encontrar una forma de reducir la cantidad de metales necesarios para fabricar baterías de vehículos eléctricos. La cantidad suele variar según el tipo de batería y el modelo del vehículo.
Según varios analistas, las baterías de iones de litio seguirán siendo las baterías de referencia durante muchos años. De hecho, es probable que las baterías de iones de litio sigan siendo la tecnología dominante en el futuro. Ha habido una caída drástica en el costo. De hecho, ahora se han vuelto 30 veces más baratos. Se proyecta que una batería de iones de litio para vehículos eléctricos costará menos de 100 dólares estadounidenses por kilovatio-hora para 2023. Esto hará que la tarjeta eléctrica sea mucho más barata que los vehículos convencionales.
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