Dos investigaciones mostraron avances para baterías acuosas de zinc y carga rápida de vehículos eléctricos con litio
Mining.com
Investigadores de la Universidad de Stanford y la Universidad de Ciencia y Tecnología King Abdullah han desarrollado un prototipo de batería libre de ánodo a base de zinc que utiliza materiales naturalmente abundantes y de bajo costo.
En un estudio publicado en la revista Nano Letters, los científicos Yunpei Zhu, Yi Cui y Husam Alshareef dicen que se inspiraron en exploraciones previas de baterías de litio y sodio-metal “libres de ánodo” y decidieron fabricar una batería en la que un zinc- el cátodo rico es la única fuente para el galvanizado en un colector de corriente de cobre.
Su principal objetivo era abordar un gran problema relacionado con las baterías acuosas de zinc previamente exploradas.
El problema era que, aunque brindaban seguridad y alta densidad de energía en comparación con otras baterías , requerían ánodos de zinc gruesos, que contienen grandes cantidades de metal y, por lo tanto, eran más costosos.
En su prototipo, sin embargo, el equipo de investigadores utilizó un cátodo de dióxido de manganeso que pre-intercalaron con iones de zinc, una solución acuosa de electrolito de trifluorometanosulfonato de zinc y un colector de corriente de lámina de cobre.
Durante la carga, el zinc metálico se recubre sobre la lámina de cobre y, durante la descarga, el metal se quita, liberando electrones que alimentan la batería.
Para evitar la formación de dendritas, los expertos recubrieron el colector de corriente de cobre con una capa de nanodiscos de carbono.
Los investigadores creen que el diseño de su batería sin ánodo proporciona nuevas direcciones para el uso de baterías a base de zinc acuoso en sistemas de almacenamiento de energía.
Esta capa promovió un recubrimiento de zinc uniforme, evitando así las dendritas y también aumentó la eficiencia del recubrimiento y decapado de zinc.
En su artículo, Zhu Cui y Alshareef informan que la batería mostró alta eficiencia, densidad de energía y estabilidad, reteniendo el 62,8% de su capacidad de almacenamiento después de 80 ciclos de carga y descarga. Por lo tanto, creen que su diseño de batería sin ánodo proporciona nuevas direcciones para el uso de baterías acuosas a base de zinc en sistemas de almacenamiento de energía.
WET
La Universidad Estatal de Pensilvania ha conseguido crear una batería para vehículos eléctricos que, según afirman, tiene una autonomía de 400 kilómetros y puede recargarse por completo en sólo 10 minutos. En la actualidad, las baterías para vehículos eléctricos presentan una autonomía similar, pero tardan horas en cargarse por completo.
El temor a quedarse sin energía antes de poder recargar un vehículo eléctrico puede ser cosa del pasado, según un equipo de ingenieros de Penn State que está estudiando unas baterías de fosfato de hierro y litio que tienen una autonomía de 400 kilómetros con la capacidad de cargarse en 10 minutos.
"Hemos desarrollado una batería bastante inteligente para los vehículos eléctricos destinados al mercado de masas con un coste equivalente al de los vehículos con motor de combustión", dijo Chao-Yang Wang, titular de la cátedra William E. Diefenderfer de ingeniería mecánica, profesor de ingeniería química y profesor de ciencia e ingeniería de los materiales, y director del Electrochemical EngineCenter dePennState. "Ya no hay ansiedad por la autonomía y esta batería es asequible".
Los investigadores también afirman que la batería debería servir para recorrer 3 millones de kilómetros durante su vida útil.
Según informaron el 18 de enero en Nature Energy, la clave de la larga duración y la recarga rápida es la capacidad de la batería de calentarse rápidamente hasta los 140 grados Fahrenheit (60 grados centígrados), para cargar y descargar, y luego enfriarse cuando la batería no está funcionando.
"La carga muy rápida nos permite reducir el tamaño de la batería sin incurrir en la preocupación por la autonomía", dijo Wang.
La batería utiliza un método de autocalentamiento desarrollado previamente en el centro de Wang. La batería autocalentable utiliza una fina lámina de níquel con un extremo unido al terminal negativo y el otro que se extiende fuera de la célula para crear un tercer terminal.
Una vez que los electrones fluyen, se calienta rápidamente la lámina de níquel mediante el calentamiento por resistencia y se calienta el interior de la batería. Cuando la temperatura interna de la batería alcanza los 140 grados F, el interruptor se abre y la batería está lista para cargarse o descargarse rápidamente.
El equipo de Wang modeló esta batería utilizando tecnologías existentes y enfoques innovadores. Sugieren que con este método de autocalentamiento pueden utilizar materiales de bajo coste para el cátodo y el ánodo de la batería y un electrolito seguro y de bajo voltaje.
En ese sentido, el cátodo es de fosfato de hierro y litio, térmicamente estable, que no contiene ninguno de los materiales caros y críticos como el cobalto. El ánodo es de grafito de partículas muy grandes, un material seguro, ligero y barato.
Gracias al autocalentamiento, los investigadores afirman que no tienen que preocuparse por la deposición desigual de litio en el ánodo, que puede causar dendrita que es peligroso.
"Esta batería ha reducido el peso, el volumen y el coste", dijo Wang. "Estoy muy contento de que por fin hayamos encontrado una batería que beneficiará al mercado de consumo masivo".
Según Wang, estas baterías más pequeñas pueden producir una gran cantidad de energía al calentarse: 40 kilovatios hora y 300 kilovatios de potencia.
Un vehículo eléctrico con esta batería podría pasar de cero a 100 kilómetros por hora en 3 segundos y se conduciría como un Porsche, dijo.
"Así es como vamos a cambiar el medio ambiente, que no se limite sólo a los coches de lujo", dijo Wang. "Que todo el mundo pueda permitirse vehículos eléctricos".
Otros investigadores de Penn State que trabajaron en este proyecto fueron Xiao-Guang Yang, profesor asistente de investigación en ingeniería mecánica, y Teng Liu, estudiante de doctorado en ingeniería mecánica.
