El proyecto de investigación AMaLiS 2.0, en el que participan varias instituciones, está desarrollando un nuevo concepto para mejorar la estabilidad y la vida útil de las baterías de litio-aire, utilizando una membrana que separa los electrodos positivo y negativo, permitiendo diferentes electrolitos en cada lado. El objetivo es crear un prototipo estable y recargable utilizando materiales y membranas avanzados.
Proyecto de investigación en Alemania tiene como objetivo mejorar la estabilidad de este nuevo tipo de batería.
Las llamadas baterías de litio-aire, también conocidas como baterías de litio-oxígeno, son candidatas para la próxima generación de dispositivos de almacenamiento de electricidad de alta energía. El proyecto de investigación AMaLiS 2.0 está probando un nuevo concepto para aumentar la estabilidad y la vida útil de las celdas de las baterías. El equipo del proyecto se centra en la separación de electrodos positivos y negativos utilizando una membrana recubierta por ambos lados. Esto significa que se pueden usar diferentes electrolitos en ambos lados. Además, los investigadores quieren probar un nuevo electrodo de difusión de gas hecho de carburo de titanio nanoestructurado.
Las baterías de litio-aire, también conocidas como baterías de litio-oxígeno, son candidatas para la próxima generación de dispositivos de almacenamiento de electricidad de alta energía. Su capacidad teórica de almacenamiento de energía es diez veces mayor que la de las baterías de iones de litio convencionales del mismo peso, pero aún no son lo suficientemente estables químicamente para proporcionar una solución confiable. Ahora, un proyecto de investigación colaborativo recientemente lanzado en el que un equipo de la Universidad de Oldenburg dirigido por el profesor químico Dr. Gunther Wittstock participa y está probando un nuevo concepto para extender la vida útil de estas celdas de batería.
El proyecto, titulado “Materiales y componentes alternativos para baterías apróticas de litio-oxígeno: química y estabilidad de componentes inactivos – AMaLiS 2.0”, está liderado por IOLITEC Ionic Liquids Technologies, una empresa con sede en Heilbronn, Alemania. También participan el Centro de Investigación de Baterías MEET (Tecnología de Energía Electroquímica de Münster) de la Universidad de Münster y el Instituto Fraunhofer de Tecnología de Fabricación y Materiales Avanzados IFAM en Bremen. El proyecto recibirá alrededor de 1,1 millones de euros en financiación del Ministerio Federal de Educación e Investigación durante un período de tres años.
Una celda de batería de litio-aire frente a un banco de pruebas. Crédito: Fraunhofer IFAM
Las baterías de litio-aire funcionan básicamente de la misma manera que las baterías convencionales, pero en este tipo de batería, la reacción de los iones de litio con el oxígeno del aire en el electrodo positivo se utiliza para generar electricidad. La gran ventaja es que las baterías de litio-aire pueden almacenar casi tanta energía por libra como los combustibles fósiles. Esto significa que tienen una energía específica similar a las baterías actuales, pero pesan mucho menos, lo que las hace atractivas para su uso en automóviles eléctricos, así como para el almacenamiento de energía estacionario. “Sin embargo, antes de que lleguemos tan lejos, aún quedan varios problemas técnicos por resolver”, subraya Wittstock. Uno de esos desafíos es la falta de electrolitos químicamente estables en los electrodos positivo y negativo. Estos fluidos o sólidos conductores están ubicados en el área entre los dos electrodos.
En las baterías de litio-aire, uno de los electrodos está hecho de metal de litio, mientras que el otro, llamado electrodo de difusión de gas, consiste en una red porosa porosa y material conductor donde el oxígeno (O2) del aire se reduce en una reacción de oxidación. reducción Cuando la batería se está descargando, los iones de litio cargados positivamente se mueven a través del electrolito desde un electrodo hasta el electrodo de difusión de gas, donde se combinan con el oxígeno y los electrones de un circuito eléctrico externo para formar óxido de litio. Esto genera una corriente eléctrica que se puede utilizar para alimentar dispositivos eléctricos. Durante la carga, el litio y el oxígeno se separan una vez más y los iones y electrones viajan en dirección opuesta.
Para aumentar la estabilidad de la batería de litio-aire, el equipo del proyecto pretende diseñar una membrana que separe el electrodo positivo del electrodo negativo, permitiendo así el uso de diferentes electrolitos en ambos lados. «Esto ampliaría significativamente las opciones de electrolitos», dice el coordinador del proyecto IOLITEC, el Dr. Tomás Schubert. Los científicos planean probar un separador con un revestimiento especial en cada lado que protege tanto el electrodo de litio como el electrodo de difusión de gas.
El equipo de Oldenburg dirigido por Wittstock está utilizando varios métodos, incluida la espectroscopia de superficie y la microscopia electroquímica de barrido (SECM), para investigar los procesos en las superficies del separador y del electrodo. IOLITEC está desarrollando la capa de separación junto con un equipo del Centro de Investigación de Baterías MEET de la Universidad de Münster, dirigido por Verena Küpers. “Estamos probando diferentes recubrimientos específicamente adaptados a los desafíos que presenta cada tipo de electrodo”, explica Küpers.
El equipo MEET también realiza mediciones de prueba. En Fraunhofer IFAM, un equipo dirigido por el Dr. Daniela Fenske está desarrollando un nuevo tipo de electrodo de difusión de gas hecho de carburo de titanio nanoestructurado. “Se combinará con una membrana especial que evita que los componentes parásitos del aire, como el dióxido de carbono o el vapor de agua, entren en la célula”, explica Fenske. El objetivo final de los investigadores es desarrollar un prototipo que demuestre que se puede lograr un sistema estable y recargable. Para ello se prevé la construcción de una celda plana con un área de 25 centímetros cuadrados.
El financiamiento se proporciona bajo el número de subvención 03XP0521A-D como parte del programa «Batterie 2020 Transfer».
