Los científicos están desarrollando la primera batería acuosa de radicales de aluminio no tóxica del mundo. Este nuevo diseño de batería, que utiliza electrolitos a base de agua, ofrece resistencia al fuego, estabilidad del aire y potencial para una mayor densidad de energía que las baterías de iones de litio actuales.
Investigadores de Australia y China están trabajando para desarrollar la primera batería acuosa de radicales de aluminio segura, eficiente y no tóxica del mundo.
Equipos de la Universidad Flinders en Australia del Sur y la Universidad Sci-Tech de Zhejiang en China informan sobre la primera etapa de desarrollo de estas nuevas baterías en un nuevo artículo publicado por el prestigioso Journal of American Chemistry, la revista insignia de la American Chemical Society.
La mayoría de las baterías contienen materiales peligrosos y pueden contaminar el medio ambiente si se desechan en vertederos o en otros lugares. Materiales como el plomo, el cadmio y el mercurio pueden envenenar a personas y animales y contaminar el suelo y el agua, además de permanecer en el medio ambiente durante mucho tiempo.
Kai Zhang de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Zhejiang y el laboratorio de investigación del profesor asociado Zhongfan Jia en la Universidad de Flinders colaboraron en la (electro)química de radicales estables en el electrolito ácido de Lewis más utilizado (Al(Otf)3 y la batería.
El equipo desarrolló el primer diseño de baterías radicales de aluminio que utilizan electrolitos a base de agua que son retardantes de fuego y estables al aire, proporcionando una salida de voltaje estable de 1,25 V y una capacidad de 110 mAh g-1 en 800 ciclos con solo un 0,028% de pérdida por ciclo.
El profesor Zhongfan Jia de la Facultad de Ciencias e Ingeniería de la Universidad de Flinders espera utilizar materiales biodegradables para el desarrollo de baterías blandas en el futuro para que el producto sea seguro y sostenible.
Un gráfico que describe la investigación. Crédito: Universidad de Flinders
Las baterías multivalentes de iones metálicos, incluidas Al3+, Zn2+ o Mg2+, utilizan abundantes elementos de la corteza terrestre y proporcionan una densidad de energía mucho mayor que las baterías de iones de litio (LIB), dice el profesor Jia.
«En particular, las baterías de iones de aluminio (AIB) atraen gran atención porque el aluminio es el tercer elemento más abundante (8,1%), lo que convierte a las AIB en un sistema de almacenamiento de energía potencialmente sostenible y de bajo coste».
Sin embargo, uno de los principales desafíos para los AIB actuales es el lento movimiento de los complejos iónicos de Al3+, lo que conduce a AIB con baja eficiencia catódica. Los polímeros orgánicos conjugados son cátodos emergentes para que los AIB resuelvan el problema del transporte de iones, pero el rendimiento de salida de voltaje de la batería sigue siendo deficiente.
Los radicales estables son una clase de moléculas electroactivas orgánicas que se han utilizado ampliamente en diferentes sistemas de baterías orgánicas. El primero de su tipo fue comercializado por NEC® en 2012.
El Jia Lab de la Universidad de Flinders ya ha desarrollado materiales radicales para LIB híbridas orgánicas, baterías de iones de sodio y baterías totalmente orgánicas. Estos materiales radicales nunca se han aplicado en los AIB debido a la falta de comprensión de su reacción (electro)química en los electrolitos.
Referencia: “La desproporción reversible de TEMPO inducida por ácido de Lewis permite baterías acuosas de radicales de aluminio” por Shangxu Jiang, Yihui Xie, Yuan Xie, Li-Juan Yu, Xiaoqing Yan, Fu-Gang Zhao, Chanaka J. Mudugamuwa, Michelle L. Coote, Zhongfan Jia y Kai Zhang, 23 de junio de 2023, Revista de la Sociedad Química Estadounidense.
DOI: 10.1021/jacs.3c04203
El estudio fue financiado por la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China y el Consejo Australiano de Investigación.