¿Pueden las baterías a base de agua reemplazar las baterías de iones de litio?

Los investigadores han demostrado un nuevo dispositivo de batería acuosa con un diferencial de almacenamiento del 1000 % que puede reemplazar a las baterías de metal en el futuro.

Las baterías de iones de litio son muy utilizadas en la industria electrónica. Están hechos de metales como el cobalto y el litio. Si estos metales escasean en el futuro, los precios de las baterías a base de metales aumentarán significativamente. En tal caso, es deseable una alternativa donde el suministro sea más estable y la producción interna sea factible.

El profesor de ingeniería química, Dr. Jodie Lutkenhaus, y el profesor asistente de química, Dr. Daniel Tabor de la Universidad Texas A&M descubrió una forma muy eficiente de almacenar carga utilizando baterías acuosas. Encontraron una diferencia del 1000% en la capacidad de almacenamiento de las baterías a base de agua en comparación con las baterías a base de metal. El uso de esta química más segura también evitaría incidentes de incendios de baterías.

Al igual que otras baterías, las baterías a base de agua constan de un ánodo, un electrolito y un cátodo. Las baterías a base de agua tienen cátodos y ánodos de polímero que almacenan energía, y su electrolito es una mezcla de agua y sales orgánicas. El electrolito permite la conducción iónica y el almacenamiento de energía al interactuar con el electrodo. Según Lutkenhaus, el problema fue que los electrodos se hincharon demasiado durante el proceso, lo que resultó en un rendimiento más bajo. Los polímeros radicales no conjugados con actividad redox son prometedores para las baterías acuosas libres de metales debido a su alto voltaje de descarga y su rápida cinética redox.

Los investigadores investigaron la naturaleza de las reacciones redox mediante el estudio de electrolitos acuosos con carácter alternante cao/kosmotrópico utilizando una microbalanza electroquímica de cristal de cuarzo con control de disipación en diferentes escalas de tiempo. Basándose en los resultados teóricos y experimentales combinados, los investigadores observaron la mejora del rendimiento del cátodo en presencia de sales específicas midiendo la entrada de agua y sal en la batería durante el funcionamiento.

“Queremos extender nuestras simulaciones a sistemas futuros. Tuvimos que verificar nuestra teoría sobre las fuerzas impulsoras detrás de la inyección de agua y solventes”, dijo Tabor. Esta nueva tecnología de almacenamiento de energía representa un paso hacia las baterías sin litio. Una comprensión molecular más detallada del rendimiento de los electrodos de la batería proporciona evidencia convincente para el diseño de materiales futuros.

Referencia: Ting Ma et al., The Role of the Electrolyte in Non-Conjugated Radical Polymers for Metal-Free Aqueous Energy Storage Electrodes, materiales naturales (2023). DOI: 10.1038/s41563-023-01518-z