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Superar las principales deficiencias de las baterías de litio-aire

Superar las principales deficiencias de las baterías de litio-aire

No hay absolutamente ninguna duda al respecto de que las baterías de litio-aire representan una tecnología muy prometedora que se puede utilizar en algunos dispositivos electrónicos que son fácilmente portátiles, así como en los coches eléctricos que cada día son más populares en todo el mundo. Tienen el potencial de generar una producción de energía extremadamente alta en comparación con su peso mínimo. Sin embargo, existen múltiples inconvenientes relacionados con su uso, entre los que se incluyen:

  1. Se requieren componentes adicionales, que son bastante costosos, para bombear el gas oxígeno dentro y fuera de una batería de litio y oxígeno.
  2. Esto se logra con una configuración de celda abierta, que varía mucho de la de las baterías selladas tradicionales.
  3. Una batería de litio-aire desperdiciará gran parte de toda la energía inyectada en forma de calor.
  4. También se ha descubierto que se degradan con bastante rapidez durante el uso.
  5. Existe un desajuste importante entre la descarga de las baterías y sus voltajes de carga. Cada ciclo de carga da como resultado una pérdida de energía grave debido al hecho de que el voltaje necesario para la carga es 1,2 voltios más alto que el voltaje de salida de las baterías.
  6. El 30% de la energía eléctrica de la batería se desperdicia por la pérdida de calor durante la carga y, de hecho, la batería podría terminar quemándose en caso de que se cargue demasiado rápido.

Un nuevo concepto de batería de litio y oxígeno

Sin embargo, ahora un nuevo concepto en baterías de litio-aire podría superar los muchos inconvenientes y se llama batería de cátodo de nanolitios. Es una nueva variación innovadora de la química de la batería, que podría usarse en una batería convencional completamente sellada, y promete un rendimiento teórico similar al de las baterías de litio-aire al tiempo que supera todos los inconvenientes. Una batería de aire de litio tradicional comienza extrayendo oxígeno del aire exterior, lo que provoca una reacción química durante el ciclo de descarga del litio. Ese oxígeno se libera de nuevo a la atmósfera cuando el ciclo de carga crea la reacción inversa.

Eficiencia energética y pérdida de voltaje reducida

Según un artículo del profesor de ciencia e ingeniería nuclear de Battelle Energy Alliance en el MIT, Ju Li, así como de varios otros en la Universidad de Pekín, el Laboratorio Nacional Argonne y el MIT, con la nueva variación de la batería de litio y oxígeno, las reacciones electroquímicas entre el oxígeno y el litio todavía ocurren, sin embargo, nunca se permite que el oxígeno se convierta de nuevo a su forma gaseosa.

Por el contrario, permanece dentro del material sólido, transformándose directamente entre tres estados redox. Pero aún permanece en forma de tres compuestos químicos sólidos que son muy diferentes entre sí. Son Li2O2, Li2O y LiO2, y se mezclan en forma gaseosa. Cuando lo hacen, están reduciendo la pérdida de voltaje de 1.2 voltios a una disminución de 0.24 voltios, por lo que solo un ocho por ciento de la energía eléctrica de la batería se convierte en calor. Y según Ju Li, eso equivale a una carga mucho más rápida del coche eléctrico cuando la eliminación del calor de la batería se vuelve mucho menos importante en el área de preocupaciones de seguridad. Además, señala el hecho de que también existen los beneficios adicionales de una eficiencia energética superior.

Fácilmente adaptable

Estas nuevas baterías se adaptan fácilmente a paquetes de baterías diseñados para alimentar dispositivos electrónicos, automóviles y almacenamiento de energía a escala de red, ya que la instalación y el funcionamiento son los mismos que con una batería sólida de iones de litio tradicional. Sin embargo, no requieren los componentes auxiliares que requieren las baterías con un diseño más antiguo.

Poner fin a la sobrecarga

Según Li y su equipo, la reacción química naturalmente autolimitada en la nueva batería evita cualquier actividad adicional que conduzca a una sobrecarga cuando la reacción cambia a otra forma. Cuando sobrecarga una batería tradicional, puede dañarse estructuralmente de manera irreversible. Li declaró además que se habían comprometido con éxito en sobrecargar una nueva batería de nanolitios a cien veces su capacidad durante 15 días sin que sufriera ningún daño.

No más interrupciones de la ruta de conducción eléctrica

Las baterías tradicionales de litio-aire tienen otro problema que implica cambios de volumen que provocan una interrupción de las rutas de conducción eléctrica, lo que puede limitar seriamente la vida útil de la batería. Esto ocurre durante la reacción química creada por la conversión de oxígeno de una forma gaseosa a una forma sólida durante el proceso de carga y descarga. El nuevo diseño crea partículas minúsculas en una matriz de óxido de cobalto en lugar de poner fin a este problema en particular.

Doble capacidad

El futuro de estas baterías parece ser que son capaces de ser viables durante mucho tiempo. Esto se demostró mediante pruebas de ciclo en las que una versión de batería de laboratorio se sometió a 120 horas de ciclos de carga y descarga, lo que resultó en una pérdida de capacidad de menos del dos por ciento. Y este nuevo diseño de batería puede almacenar el doble de energía para un peso de cátodo específico debido al hecho de que los cátodos de oxígeno sólido son considerablemente livianos en comparación con los cátodos tradicionales. Según Li y su equipo, el nuevo diseño de la batería puede volver a duplicar la capacidad después de que el diseño se refine aún más.

Barato, escalable y seguro

Y, según Li, no fueron necesarios materiales o componentes costosos para lograr lo que han hecho hasta la fecha. El carbonato utilizado en la batería para un electrolito líquido es un tipo muy económico. Además, el componente que está hecho de óxido de cobalto tiene un peso total que es menos de la mitad de un componente de nanolitios. Con todo, esta nueva batería no solo es barata sino también escalable y, en última instancia, mucho más segura que una batería de litio-aire.

Según otro experto en el campo, Xiulei Jiwho, quien es profesor asistente de química de la Universidad Estatal de Oregón, este avance podría ser responsable de cambiar el paradigma de la batería de litio y oxígeno y, al mismo tiempo, ser compatible con la infraestructura actual de fabricación de baterías convencional. Mientras tanto, Li y su equipo proyectan que serán capaces de avanzar en aproximadamente 12 meses desde la prueba del concepto a escala de laboratorio hasta un prototipo de trabajo real que es de naturaleza completamente práctica.

Fuentes

http://www.lifescience.net/news/946/new-lithium-oxygen-battery-greatly-improves-energy/#.V5dFTaRTw-t.reddit

https://www.engadget.com/2016/07/25/battery-oxygen-litio

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