Por World energy trade – 24 de agisto de 2024
PARA SEGUIR NUESTRAS DIARIAS PUEDES AFILIARTE A NUESTRO CANAL DE TELEGRAM
Durante la última década, la sal gema desordenada se ha estudiado como posible material de cátodo innovador para baterías de iones de litio y como clave para crear sistemas de almacenamiento de energía de bajo costo y alto valor energético para todo tipo de aplicaciones, desde teléfonos móviles a vehículos eléctricos o almacenamiento de energías renovables.
Un nuevo estudio del MIT se asegura de que el material cumpla esa promesa.
Para más información del curso ingresa al siguiente LINK
Un nuevo estudio del MIT se asegura de que el material cumpla esa promesa.
Dirigido por Ju Li, catedrático de la Tokyo Electric Power Company en Ingeniería Nuclear y profesor de Ciencia e Ingeniería de los Materiales, un equipo de investigadores describe una nueva clase de cátodo de sal gema parcialmente desordenado integrado con polianiones -denominado espinela polianiónica de sal gema desordenada, o DRXPS- que proporciona una alta densidad de energía a altos voltajes con una estabilidad cíclica significativamente mejorada.
«En los materiales de los cátodos suele haber un equilibrio entre la densidad energética y la estabilidad cíclica… y con este trabajo pretendemos ir más allá diseñando nuevas químicas para los cátodos», explica Yimeng Huang, postdoctorando del Departamento de Ciencias e Ingeniería Nucleares y primer autor de un artículo sobre el trabajo que se ha publicado esta semana en Nature Energy.
«(Esta) familia de materiales tiene una alta densidad energética y una buena estabilidad cíclica porque integra dos grandes tipos de materiales catódicos, la sal gema y el olivino polianiónico, por lo que tiene las ventajas de ambos».
Elemento abundante en la Tierra
Cabe destacar que la nueva familia de materiales está compuesta principalmente por manganeso. Este elemento, que abunda en la Tierra, es mucho más barato que el níquel y el cobalto, que suelen utilizarse en los cátodos actuales.
Para visualizar nuestro portafolio de cursos
ingresa dando click acá
«El manganeso es también una de las claves para lograr mayores densidades de energía, por lo que el hecho de que ese material sea mucho más abundante en la Tierra es una ventaja tremenda».
Li y sus coautores escriben que esta ventaja será especialmente importante cuando el mundo quiera construir la infraestructura de energías renovables necesaria para un futuro con bajas o nulas emisiones de carbono.
Las baterías son un elemento especialmente importante, no sólo porque tienen el potencial de descarbonizar el transporte con automóviles, autobuses y camiones eléctricos, sino también porque serán esenciales para resolver los problemas de intermitencia de la energía eólica y solar, almacenando el exceso de energía y devolviéndola a la red por la noche o en los días de calma, cuando disminuye la generación renovable.
Los autores señalan que, dado el elevado costo y la relativa escasez de materiales como el cobalto y el níquel, los esfuerzos por aumentar rápidamente la capacidad de almacenamiento eléctrico pueden provocar picos extremos de costes y una posible escasez significativa de materiales.
«Si queremos lograr una verdadera electrificación de la generación de energía, el transporte y otros sectores, necesitamos baterías que abunden en la Tierra para almacenar la energía fotovoltaica y eólica intermitente», afirma Li. «Creo que éste es uno de los pasos hacia ese sueño».
Obstáculos en los materiales existentes
El nuevo estudio aborda uno de los principales retos a los que se enfrentan los cátodos desordenados de sal gema: la movilidad del oxígeno.
Aunque estos materiales son conocidos desde hace tiempo por ofrecer una capacidad muy alta -hasta 350 miliamperios-hora por gramo- en comparación con los materiales catódicos tradicionales, que suelen tener capacidades de entre 190 y 200 miliamperios-hora por gramo, no son muy estables.
La elevada capacidad se debe en parte al oxígeno redox, que se activa cuando el cátodo se carga a altos voltajes.
Pero cuando esto ocurre, el oxígeno se desplaza, lo que provoca reacciones con el electrolito y la degradación del material, dejándolo inservible tras ciclos prolongados.
Para superar estas dificultades, Huang añadió otro elemento, el fósforo, que actúa como pegamento y retiene el oxígeno para mitigar la degradación.
«La principal innovación aquí, y la teoría que subyace al diseño, es que Yimeng añadió la cantidad justa de fósforo, formando los llamados polianiones con sus átomos de oxígeno vecinos, en una estructura de sal gema deficiente en cationes que puede inmovilizarlos», explicó Li.
«Eso nos permite básicamente detener el transporte percolante de oxígeno debido al fuerte enlace covalente entre el fósforo y el oxígeno… lo que significa que podemos utilizar la capacidad aportada por el oxígeno, pero también tener una buena estabilidad».
Según Li, la capacidad de cargar las baterías a voltajes más altos es crucial porque permite a los sistemas más sencillos gestionar la energía que almacenan.
«Se puede decir que la calidad de la energía es mayor», afirma. «Cuanto mayor sea el voltaje por celda, menos habrá que conectarlas en serie en el paquete de baterías, y más sencillo será el sistema de gestión de la batería».
Descarga la Revista de PETROBANCA del mes de Noviembre 2022
