Las baterías recargables fiables y de alta capacidad son un componente fundamental de muchos dispositivos e incluso de medios de transporte. Desempeñan un papel clave en el cambio hacia un mundo más verde. En su producción se utiliza una amplia variedad de elementos, incluido el cobalto, cuya producción contribuye a algunos problemas ambientales, económicos y sociales.
Por primera vez, un equipo que incluye investigadores de la Universidad de Tokio ha presentado una alternativa viable al cobalto que, en algunos aspectos, puede superar la química de baterías de última generación.
El cobalto se utiliza ampliamente para una parte clave de las baterías de iones de litio (LIB), los electrodos. Todas las baterías funcionan de manera similar: dos electrodos, uno positivo y otro negativo, promueven el flujo de iones de litio entre ellos en lo que se llama electrolito cuando se conectan a un circuito externo. El cobalto, sin embargo, es un elemento raro; de hecho, es tan raro que en la actualidad sólo existe una fuente principal: una serie de minas ubicadas en la República Democrática del Congo.
"Hay muchas razones por las que queremos dejar de utilizar cobalto para mejorar las baterías de iones de litio ", afirmó el profesor Atsuo Yamada.
"Para nosotros el desafío es técnico, pero su impacto podría ser ambiental, económico, social y tecnológico. Nos complace informar sobre una nueva alternativa al cobalto mediante el uso de una novedosa combinación de elementos en los electrodos, incluidos litio, níquel y manganeso, silicio y oxígeno, todos ellos elementos mucho más comunes y menos problemáticos de producir y trabajar con ellos" añadió.
Características
Los nuevos electrodos y electrolitos que Yamada y su equipo han creado no sólo carecen de cobalto, sino que en algunos aspectos mejoran la química de la batería actual.
La densidad de energía de las nuevas LIB es aproximadamente un 60% mayor, lo que podría equivaler a una vida útil más larga, y pueden entregar 4,4 voltios, a diferencia de los aproximadamente 3,2 a 3,7 voltios de las baterías de iones de litio típicas. Pero uno de los logros tecnológicos más sorprendentes fue la mejora de las características de recarga.
Las baterías de prueba con la nueva química pudieron cargarse y descargarse completamente en más de 1.000 ciclos (simulando tres años de uso y carga completos), mientras que solo perdieron alrededor del 20% de su capacidad de almacenamiento.
"Estamos encantados con los resultados hasta ahora, pero llegar hasta aquí no estuvo exento de desafíos. Fue una lucha tratar de suprimir varias reacciones indeseables que estaban teniendo lugar en las primeras versiones de nuestras nuevas químicas de baterías que podrían haber reducido drásticamente la longevidad de la batería. baterías", afirmó Yamada.
"Y todavía nos queda mucho camino por recorrer, ya que aún quedan reacciones menores que mitigar para mejorar aún más la seguridad y la longevidad. En la actualidad, confiamos en que esta investigación conducirá a baterías mejoradas para muchas aplicaciones, pero algunas, donde se requiere durabilidad y vida útil extremas, es posible que aún no estén satisfechos" concluyó.
Aunque Yamada y su equipo estaban explorando aplicaciones en LIB, los conceptos que subyacen a su desarrollo reciente se pueden aplicar a otros procesos y dispositivos electroquímicos, incluidos otros tipos de baterías, división de agua (para producir hidrógeno y oxígeno), fundición de minerales, electrorrecubrimiento y más.
galan
21/10/2023