Baterías superhíbridas de litio-zinc

Las baterías de ion litio son las que mejores resultados están actualmente dando en cuanto a duración y voltaje. Las de zinc-aire prometen una energía específica muy elevada y las baterías de flujo redox una solución barata y segura.

Un reciente estudio plantea una nueva configuración que reúne lo mejor de cada una de estas baterías en una superbatería híbrida con un sistema binario de iones. Según los resultados presentados estas baterías podrían mejorar la seguridad de los acumuladores actuales y sus prestaciones.

Los últimos resultados sobre una prometedora configuración de batería han sido publicados en la revista Chemical Communications por un grupo de investigadores de la universidad china de Changzhou encabezados por Hanping Zhang. La superbatería híbrida consiste en un sistema de binario de iones que utiliza de forma cooperativa tanto iones de zinc como de litio para conducir las cargas en esta batería de Zn / LiFePO₄.

En una publicación anterior en Journal of the Electrochemical Society, el grupo de Zhang ya había probado las baterías de iones binarios con un cátodo de manganeso de litio (Zn | CH3 COOLi + Zn(CH3 COO)₂ | LiMn₂O₄), pero el Li Mn₂O₄ sufre transiciones de fase durante los ciclos y acaba perdiendo rendimiento, mientras que el Li FePO₄ no, por lo que se presenta como un mejor candidato.

El articulo describe la batería como la unión de las tres tecnologías, usando el ánodo de la zinc-aire como ánodo de la nueva configuración así como el cátodo también coincide con el usado en las ion litio. El electrolito es una mezcla de los dos iones participantes en la reacción redox, como en una batería de flujo redox sin membrana. De hecho, es una batería de flujo redox híbrida, con ambos electrodos en estado solido.

Lo interesante de esta batería es que han usado los electrodos típicos de las otras tecnologías. Por una lado el LiFePO₄ se usa como cátodo y por el otro una pieza de zinc metálico pulido hace las funciones de ánodo. Ambos son sumergidos en una misma disolución acuosa de acetato de litio (CH₃COOLi) y acetato de zinc ( (CH₃COO)₂ Zn) para obtener la configuración Zn | CH₃COO Li + Zn (CH3COO)₂ | LiFePO₄.

El que el electrolito sea con base acuosa supone una ventaja en cuanto a seguridad frente a las baterías actuales de ion litio, que utilizan disolventes orgánicos que son inflamables y ya son conocidos los problemas cuando se produce una sobrecarga o un calentamiento.

En la nuevo sistema binario de iones cuando la batería se carga el litio se disuelve en el electrolito y los iones de zinc se depositan en el ánodo. Cuando se invierte el voltaje son los iones de zinc los que pasan a la disolución y los de litio los que vuelven a la estructura cristalina del cátodo.

De esta forma los iones en disolución de las baterías de flujo también participan en el almacenamiento de energía, no solo conducen las cargas. Pero a su vez ambos cationes en disolución pueden conducir las cargas. Es por esa cooperación entre los dos tipos de iones que la llaman superbatería híbrida.

Las baterías confeccionadas en el grupo de Zhang son aun muy rudimentarias y los números no son tan impresionantes. Ofrece voltajes en torno a los 1.2 V y aunque no muestran resultados para muchos ciclos su recuperación tras procesos rápidos de hasta 50C (cargas en 72 segundos) es aparentemente completa, lo que indica una buena reversibilidad y sugiere que puedan tener una larga vida útil. Sin embargo la capacidad medida es tan solo de 150 mAh/g.

A pesar de no ser unos resultados tan sorprendentes como el nombre del sistema, se trata de una alternativa a tener en cuenta, porque su construcción parece sencilla, sin necesidad de nanoestructuras ni de una membrana o separador, usando un electrolito con base acuoso y materiales disponibles comercialmente.

Fuente | Chem. Com.