Para impulsar nuestra sociedad cada vez m\u00e1s electrificada, la tecnolog\u00eda de almacenamiento de energ\u00eda debe evolucionar y adaptarse para satisfacer la creciente demanda. Las bater\u00edas de iones de litio, que ya son esenciales para una mir\u00edada de tecnolog\u00edas, requerir\u00e1n mejoras dr\u00e1sticas en la densidad de alta energ\u00eda, la seguridad, la resistencia a la temperatura y la sostenibilidad ambiental para brindar el tipo de futuro libre de emisiones que tantos imaginan.<\/p>\n\n\n\n
Ahora, un equipo de ingenieros dirigido por Y. Shirley Meng, profesora de la Escuela Pritzker de Ingenier\u00eda Molecular, ha demostrado electrolitos de gas licuado que pueden proporcionar simult\u00e1neamente las cuatro propiedades esenciales. La investigaci\u00f3n, realizada entre los laboratorios de la Universidad de California en San Diego (UC San Diego) y UChicago labs, proporciona un camino hacia bater\u00edas sostenibles, extintoras de incendios y de \u00faltima generaci\u00f3n que se pueden desarrollar a escala. Su trabajo fue publicado en Nature Energy. Yijie Yin, un doctorado en nanoingenier\u00eda. estudiante y coautor del art\u00edculo, comparte c\u00f3mo surgi\u00f3 este trabajo.<\/p>\n\n\n\n
“En 2017, un equipo de nanoingenieros de la UC San Diego descubri\u00f3 mol\u00e9culas de hidrofluorocarbono que son gases a temperatura ambiente y se licuar\u00e1n bajo cierta presi\u00f3n”, dijo Yin. “Luego inventaron un nuevo tipo de electrolito, que se llama electrolito de gas licuado (LGE)”. Los resultados relacionados fueron publicados en Science.<\/p>\n\n\n\n
El electrolito de gas licuado ampl\u00eda enormemente la elecci\u00f3n de mol\u00e9culas de disolvente de electrolito. Las mol\u00e9culas peque\u00f1as de fluorometano y difluorometano filtradas tienen un punto de fusi\u00f3n bajo, una cin\u00e9tica r\u00e1pida y una ventana de voltaje amplia. Con la combinaci\u00f3n de codisolventes, estas caracter\u00edsticas hacen que estos electrolitos de gas licuado muestren un excelente rendimiento a baja temperatura (menos de -60\u00b0C), la eficiencia de Faraday de metal Litio (>99,8 %) y alto rendimiento de c\u00e1todos de alto voltaje.<\/p>\n\n\n\n
Sin embargo, el electrolito LGE a\u00fan no es “perfecto” porque la presi\u00f3n de vapor saturado de las mol\u00e9culas utilizadas es alta y, como la mayor\u00eda de los electrolitos, sigue siendo inflamable, lo que hace que la seguridad y la protecci\u00f3n ambiental del sistema sean irracionales. La idea de este trabajo surgi\u00f3 de una conversaci\u00f3n entre Yin y Yang, un estudiante de Ph.D. en nanoingenier\u00eda en la UC San Diego. Yin mencion\u00f3 que en el trabajo de seguimiento, quer\u00eda tratar de reemplazar los codisolventes l\u00edquidos de fuerte poder solvatante con la mol\u00e9cula de \u00e9ter m\u00e1s peque\u00f1a: el dimetil\u00e9ter (Me2O).<\/p>\n\n\n\n
“Como mol\u00e9cula 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 cin\u00e9tica r\u00e1pida”.<\/p>\n\n\n\n
Yang estuvo de acuerdo y esperaba que el sistema pudiera mejorarse a\u00fan m\u00e1s.<\/p>\n\n\n\n
“Si continuamos usando los solventes d\u00e9bilmente solvatados FM y DFM actuales, las deficiencias existentes de alta presi\u00f3n e inflamabilidad no cambiar\u00e1n”, dijo Yang. “En cambio, deber\u00edamos trabajar en la b\u00fasqueda de mol\u00e9culas con un mayor enlace de carbono fluorado”.<\/p>\n\n\n\n
Los dos se refirieron a la estructura del fluorometano para buscar mol\u00e9culas fluoradas con cadenas de carbono m\u00e1s largas manteniendo las ventajas inherentes de los gases licuados, como el bajo punto de fusi\u00f3n, 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 a\u00fan m\u00e1s sorprendente es que estas dos mol\u00e9culas son los componentes principales de algunos extintores de incendios, lo que significa que las mol\u00e9culas no solo no son inflamables sino que tambi\u00e9n tienen excelentes propiedades de extinci\u00f3n de incendios.<\/p>\n\n\n\n