Estamos más cerca de las baterías de metal de litio reciclables y a prueba de fuego

Tecnología

Para impulsar nuestra sociedad cada vez más electrificada, la tecnología de almacenamiento de energía debe evolucionar y adaptarse para satisfacer la creciente demanda. Las baterías de iones de litio, que ya son esenciales para una miríada de tecnologías, requerirán mejoras drásticas en la densidad de alta energía, la seguridad, la resistencia a la temperatura y la sostenibilidad ambiental para brindar el tipo de futuro libre de emisiones que tantos imaginan.

Ahora, un equipo de ingenieros dirigido por Y. Shirley Meng, profesora de la Escuela Pritzker de Ingeniería Molecular, ha demostrado electrolitos de gas licuado que pueden proporcionar simultáneamente las cuatro propiedades esenciales. La investigación, realizada entre los laboratorios de la Universidad de California en San Diego (UC San Diego) y UChicago labs, proporciona un camino hacia baterías sostenibles, extintoras de incendios y de última generación que se pueden desarrollar a escala. Su trabajo fue publicado en Nature Energy. Yijie Yin, un doctorado en nanoingeniería. estudiante y coautor del artículo, comparte cómo surgió este trabajo.

“En 2017, un equipo de nanoingenieros de la UC San Diego descubrió moléculas de hidrofluorocarbono que son gases a temperatura ambiente y se licuarán bajo cierta presión”, dijo Yin. “Luego inventaron un nuevo tipo de electrolito, que se llama electrolito de gas licuado (LGE)”. Los resultados relacionados fueron publicados en Science.

El electrolito de gas licuado amplía enormemente la elección de moléculas de disolvente de electrolito. Las moléculas pequeñas de fluorometano y difluorometano filtradas tienen un punto de fusión bajo, una cinética rápida y una ventana de voltaje amplia. Con la combinación de codisolventes, estas características hacen que estos electrolitos de gas licuado muestren un excelente rendimiento a baja temperatura (menos de -60°C), la eficiencia de Faraday de metal Litio (>99,8 %) y alto rendimiento de cátodos de alto voltaje.

Sin embargo, el electrolito LGE aún no es “perfecto” porque la presión de vapor saturado de las moléculas utilizadas es alta y, como la mayoría de los electrolitos, sigue siendo inflamable, lo que hace que la seguridad y la protección ambiental del sistema sean irracionales. La idea de este trabajo surgió de una conversación entre Yin y Yang, un estudiante de Ph.D. en nanoingeniería en la UC San Diego. Yin mencionó que en el trabajo de seguimiento, quería tratar de reemplazar los codisolventes líquidos de fuerte poder solvatante con la molécula de éter más pequeña: el dimetiléter (Me2O).

“Como molécula de gas, Me2O solo puede usarse en gas licuado”, dijo Yin. “Es posible que solo funcione bajo el sistema presurizado, y puede proporcionar una mejor interfaz y estabilidad de metal de litio mientras mantiene una cinética rápida”.

Yang estuvo de acuerdo y esperaba que el sistema pudiera mejorarse aún más.

“Si continuamos usando los solventes débilmente solvatados FM y DFM actuales, las deficiencias existentes de alta presión e inflamabilidad no cambiarán”, dijo Yang. “En cambio, deberíamos trabajar en la búsqueda de moléculas con un mayor enlace de carbono fluorado”.

Los dos se refirieron a la estructura del fluorometano para buscar moléculas fluoradas con cadenas de carbono más largas manteniendo las ventajas inherentes de los gases licuados, como el bajo punto de fusión, la baja viscosidad y el mantenimiento de cierta polaridad. Teniendo en cuenta todos los requisitos anteriores, les vinieron a la mente 1,1,1,2 tetrafluoroetano (TFE) y pentafluoroetano pentafluoroetano (PFE). Lo que es aún más sorprendente es que estas dos moléculas son los componentes principales de algunos extintores de incendios, lo que significa que las moléculas no solo no son inflamables sino que también tienen excelentes propiedades de extinción de incendios.

Fuente: Tech Xplore.

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