Investigadores de la Universidad A&M de Texas descubrieron que los electrodos de baterías a base de agua almacenan más energía de lo que se pensaba.
En un artículo publicado en la revista Nature Materials, los científicos explican que sus experimentos y simulaciones les permitieron identificar una diferencia del 1.000% en la capacidad de almacenamiento de los electrodos de baterías de agua sin metales.
Las baterías acuosas sin cobalto constan de un cátodo, un electrolito y un ánodo. Los cátodos y ánodos son polímeros capaces de almacenar energía, y el electrolito es agua mezclada con sales orgánicas. El electrolito es clave para la conducción de iones y el almacenamiento de energía a través de sus interacciones con el electrodo.
Según el nuevo artículo, los polímeros radicales no conjugados redox-activos (electrodos) son candidatos prometedores para las baterías acuosas sin metales debido al alto voltaje de descarga de los polímeros y a su rápida cinética redox. La reacción es compleja y difícil de resolver debido a la transferencia simultánea de electrones, iones y moléculas de agua.
“Demostramos la naturaleza de la reacción redox examinando electrolitos acuosos de distinto carácter cao/kosmotrópico utilizando una microbalanza electroquímica de cristal de cuarzo con monitorización de la disipación a distintas escalas de tiempo”, se lee en el artículo.
El grupo de investigación de Texas A&M complementó sus esfuerzos experimentales con simulaciones y análisis computacionales. Las simulaciones permitieron comprender mejor la estructura y la dinámica a escala molecular microscópica.
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“La teoría y el experimento suelen trabajar en estrecha colaboración para comprender estos materiales. Una de las cosas nuevas que hacemos computacionalmente en este trabajo es que cargamos el electrodo hasta múltiples estados de carga y vemos cómo responde el entorno a esta carga”, afirma en un comunicado Daniel Tabor, coautor del estudio.
Tabor y sus colegas observaron macroscópicamente si el cátodo de la batería funcionaba mejor en presencia de ciertos tipos de sales midiendo exactamente cuánta agua y sal entraba en la batería mientras funcionaba.
“Lo hicimos para explicar lo que se ha observado experimentalmente”, dijo. “Ahora nos gustaría ampliar nuestras simulaciones a sistemas futuros. Necesitábamos confirmar nuestra teoría de cuáles son las fuerzas que impulsan ese tipo de inyección de agua y disolvente.”
En opinión del investigador, esta nueva tecnología de almacenamiento de energía podría suponer un impulso hacia las baterías sin litio.
“Tenemos una mejor imagen a nivel molecular de lo que hace que unos electrodos de batería funcionen mejor que otros, y esto nos da pruebas sólidas de por dónde avanzar en el diseño de materiales”, afirma Tabor.
Noticia tomada de: MINING / Traducción libre del inglés por World Energy Trade
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