Una sola molécula dispara la eficiencia de las baterías de zinc al 99,96%
Un equipo de investigadores ha encontrado la clave para multiplicar la eficiencia y la vida útil de las baterías de zinc. Con una simple modificación molecular, esta tecnología da un salto que podría poner en jaque al ion litio. Su aplicación a gran escala está cada vez más cerca
Un grupo de investigadores de la Universidad Nacional de Seúl ha logrado un avance significativo en el desarrollo de baterías de zinc con electrolito acuoso, una de las tecnologías más prometedoras para el almacenamiento estacionario a gran escala. Con una modificación en una sola molécula del electrolito, las celdas de prueba alcanzaron una eficiencia coulómbica media del 99,96% y se mantuvieron estables durante 600 ciclos de carga y descarga.
El interés en estas baterías se debe a que emplean materiales abundantes y baratos como el zinc y el agua, lo que las convierte en una alternativa más segura que las actuales de ion litio e incluso competitivas frente al sodio. Estos factores, unido a su baja huella ambiental y la facilidad de reciclaje han convertido a la alternativa de zinc en objeto de numerosas investigaciones en los últimos años.
Los científicos explican que el principal obstáculo de estas baterías está en la interfaz entre el electrodo y el electrolito líquido. El agua tiende a descomponerse y los depósitos de zinc se acumulan de manera irregular, generando dendritas que pueden provocar cortocircuitos. Para enfrentarse a este problema, el equipo ha desarrollado un nuevo co-solvente fosfatado denominado diethyl (difluoromethyl)phosphonate (DEDFP), fruto de la modificación de una molécula presente en el triethyl phosphate (TEP).
Este cambio estructural permite una interacción más débil y controlada con los iones de zinc, reduciendo la energía necesaria para que se depositen en el electrodo. Además, el DEDFP resulta más hidrofóbico, lo que repele las moléculas de agua de la superficie del ánodo y limita así la descomposición del agua, principal responsable de la pérdida de eficiencia en estos sistemas.
Los resultados de las pruebas muestran que las celdas con DEDFP lograron mantener el 70,06% de su capacidad tras 486 ciclos y seguir funcionando más allá de los 700, mientras que las basadas en TEP fracasaban tras 381 ciclos.
Otro efecto positivo de este nuevo co-solvente es la creación de una capa protectora estable sobre el electrodo de zinc. Durante las primeras cargas, el grupo difluorometilo del DEDFP se reduce y forma una película pasivadora de ZnF2, conocida como capa de interfase sólido-electrolito (SEI). Esta capa es conductora para los iones de zinc, pero bloquea físicamente el acceso del agua y otros compuestos reactivos.
Los ensayos en celdas simétricas confirmaron la estabilidad del voltaje incluso a densidades de corriente elevadas. El zinc se depositó en láminas planas y alineadas lateralmente, frente a las formaciones irregulares y dendríticas observadas en los electrolitos convencionales. En configuraciones completas con cátodo de V6O13, el sistema con DEDFP mantuvo su capacidad de manera estable a tasas de carga y descarga más altas, mientras que los demás se degradaban con rapidez.
Este avance acerca a las baterías de zinc acuosas a convertirse en una alternativa real a las de litio y al sodio para aplicaciones estacionarias, con un coste menor, una mayor seguridad y sin depender de materiales críticos como el cobalto o el níquel.
Fuente | Pubs.rsc.org
