Los iones de cloruro del agua de mar, potencial reemplazo del litio en las baterías del futuro

El futuro de las baterías recargables podría dar un giro inesperado gracias a la investigación llevada a cabo por miembros del Instituto Politécnico de Worcester (WPI).

Mientras que el sodio, el potasio y el zinc han sido considerados candidatos prometedores para reemplazar al litio en las baterías del futuro, los investigadores del WPI han agregado un competidor inusual y más abundante a la mezcla: el cloruro, los iones negativamente cargados más abundantes en el agua de mar.

Xiaowei Teng, profesor James H. Manning de Ingeniería Química en el WPI, ha descubierto una nueva química redox potenciada por los iones de cloruro para el desarrollo de baterías ecológicas de agua salada.

Un sustituto para el litio

Las baterías de iones de litio modernas, utilizadas en diversas aplicaciones como vehículos eléctricos, pueden ser problemáticas para el almacenamiento en la red, debido a su alto coste y dependencia de materiales críticos como el cobalto, el níquel y el litio, así como su disponibilidad geográfica limitada. Por ejemplo, seis países poseen más del 85 % de las reservas de litio en tierra.

Teng y sus colaboradores en la investigación, Heath Turner, profesor de Ingeniería Química y Biológica en la Universidad de Alabama, y Lihua Zhang, Milinda Abeykoon, Gihan Kwon y Daniel Olds, todos científicos investigadores en el Laboratorio Nacional de Brookhaven en Nueva York, fueron más allá de los límites de la tecnología actual de baterías ecológicas al aprovechar los iones de cloruro para potenciar la química redox de los materiales de la batería de óxido de hierro.

El equipo de Teng informó sobre la nueva química de la batería en el artículo «Chloride-Insertion Enhances the Electrochemical Oxidation of Iron Hydroxide Double Layer Hydroxide into Oxyhydroxide in Alkaline Iron Batteries», publicado en la revista Chemistry of Materials.

Este estudio reveló que la inserción de iones de cloruro en el hidróxido de hierro formó un material cristalino intermedio llamado «Rust Verde», que facilitó una reacción de conversión de transferencia de carga y mejoró la estabilidad de ciclado.

Esta nueva química redox de hierro fue descubierta y examinada en el laboratorio de WPI. Teng y su estudiante graduado Sathya Narayanan Jagadeesan, quien es el autor principal del artículo, viajaron al Departamento de Instalaciones de Usuarios de Energía en el Laboratorio Nacional de Brookhaven para realizar experimentos y validar los resultados mediante difracción de rayos X de sincrotrón en operación y mapeo elemental de alta resolución.

Hierro reciclado

Teng y su equipo de WPI crearon una batería acuosa, un prototipo a pequeña escala operado en electrolito a base de agua, utilizando electrodos compuestos principalmente por elementos abundantes como óxidos e hidróxidos de hierro.

Aunque el equipo aún no ha calculado el coste, el uso de materiales abundantes en la Tierra debería inclinar la balanza a su favor, según afirma Teng. No en vano, países como Estados Unidos producen más de 15 millones de toneladas de desechos de hierro no reciclados cada año, muchos de los cuales existen en forma de óxido.

Por lo tanto, la química recargable de baterías alcalinas de hierro reportada ayuda a reutilizar los materiales de desecho de óxido de hierro para el almacenamiento moderno de energía.

Fuente | Instituto Politécnico de Worcester