Los científicos desarrollan una nueva estrategia para baterías sostenibles de sodio y potasio

Los científicos han asombrado el rendimiento de las baterías sostenibles que tienen implicaciones de gran alcance para los automóviles y los electrodomésticos.

Los investigadores de Bristol han desarrollado baterías de iones de sodio y potasio de alto rendimiento que utilizan celulosa de origen sostenible.

Científicos en Instituto compuesto de Bristol Desarrollaron una nueva estrategia para moldes de hielo unidireccionales controlables que pueden adaptar el rendimiento electroquímico de la próxima generación de baterías de iones de litio con sostenibilidad y disponibilidad generalizada. El artículo fue publicado en la revista materiales funcionales avanzados.

Existe una demanda en rápido crecimiento de almacenamiento de energía sostenible, ético y de bajo costo. Esto se debe en parte al impulso hacia el desarrollo de sistemas de transmisión alimentados por baterías, principalmente para reemplazar los motores de gasolina y diésel por vehículos eléctricos, pero también para dispositivos portátiles como teléfonos celulares. Actualmente, estas tecnologías se basan principalmente en baterías de iones de litio.

Las baterías contienen dos electrodos, separados por un electrolito que transporta la carga. Existen muchos problemas asociados con el uso de litio para estas baterías, incluida la acumulación de metal dentro de los dispositivos que puede provocar cortocircuitos y sobrecalentamiento.

Las alternativas de litio, como las baterías de sodio y potasio, históricamente no han funcionado bien en términos de rendimiento de velocidad y la capacidad de ser utilizadas muchas veces. Este bajo rendimiento se debe al gran tamaño de los iones de sodio y potasio y a su capacidad para moverse a través de los electrodos de carbono poroso de las baterías.

Otro problema asociado con estas baterías es que no se desechan fácilmente al final de su vida útil, porque utilizan materiales insostenibles. El costo de los materiales también es un factor y existe la necesidad de fuentes más baratas de energía almacenada.

Además, el litio se extrae en países como Chile, Bolivia y Argentina. Esta minería es muy destructiva y hay malos antecedentes de derechos humanos asociados a ella.

Trabajando en Universidad de bristol En el Bristol Composites Institute, publicado en materiales funcionales avanzadosEn cooperación con colegio Imperial, desarrolló algunos nuevos materiales de electrodos de carbono basados ​​en el sistema de bloques de hielo. Estos materiales se denominan aerogeles, en los que se forman nanocristales de celulosa (una forma nano de celulosa) en una estructura porosa utilizando cristales de hielo que se cultivan y luego se subliman. Esto deja grandes canales dentro de la estructura que pueden transportar grandes iones de sodio y potasio.

Se ha demostrado que estas nuevas baterías de iones de sodio y potasio superan a muchos otros sistemas similares y utilizan un material de origen sostenible: la celulosa.

Autor correspondiente, Steve Eichhorn«Nos ha sorprendido el rendimiento de estas nuevas baterías. Existe un gran potencial para desarrollarlas más y producir dispositivos a mayor escala utilizando la tecnología», dijo el profesor de ciencia e ingeniería de materiales en la Universidad de Bristol y líder mundial en celulosa. tecnologías basadas en.

Jing Wang, autor principal y estudiante de doctorado en el Bristol Composites Institute, dijo: “Hemos propuesto una nueva estrategia de moldeado de hielo controlable para fabricar nanocristales de carbono-celulosa / óxido de polietileno de bajo costo con canales diseñados jerárquicamente y alineados verticalmente como materiales de electrodo, que se puede utilizar para un ajuste fino Para la capacidad del rectificador y la estabilidad de los ciclos de iones de sodio y potasio.

«Al aprovechar la regeneración de materia prima y la escalabilidad de costo relativamente bajo en un proceso de síntesis ambientalmente benigno, este trabajo podría proporcionar una vía atractiva para promover aplicaciones a gran escala de vehículos eléctricos sostenibles y redes de almacenamiento de energía a gran escala en un futuro próximo».

El profesor Eichhorn dijo: “A la luz de estos hallazgos, ahora esperamos colaborar con las industrias para desarrollar esta estrategia a escala industrial y explorar si esta tecnología única se puede expandir fácilmente a una variedad de otros sistemas de almacenamiento de energía como el zinc-calcio, baterías de iones de aluminio y magnesio, lo que permite Demuestra su potencial global en sistemas de almacenamiento de energía de próxima generación «.

papel: «Aerogel de carbono sostenible estilo copo de nieve con canales diseñados jerárquicamente para baterías de iones de sodio-potasio» por Wang, J; Shaw, Zee; Eloi, J; Teterese, M; Y Eichhorn, S .; En materiales funcionales avanzados.

cortesía Universidad de bristol.

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