El Laboratorio de Almacenamiento y Conversión de Energía del Profesor de Ingeniería Molecular Pritzker de la Universidad de Chicago, Y. Shirley Meng, ha creado la primera batería de estado sólido de sodio sin ánodo del mundo.
Con esta investigación, LESC, una colaboración entre la Escuela de Ingeniería Molecular Pritzker de la Universidad de Chicago y el Departamento de Química y Nanoingeniería de la Familia Aiiso Yufeng Li de la Universidad de California en San Diego, ha puesto en primer plano una realidad asequible, de carga rápida y de alto nivel. . Las baterías de capacidad para vehículos eléctricos y el almacenamiento en red están más cerca que nunca.
“Aunque ha habido baterías de sodio, de estado sólido y sin ánodo, hasta ahora nadie ha combinado con éxito estos tres conceptos”, dijo el candidato a doctorado de UC San Diego, Grayson Dasher, coautor del nuevo artículo. autor para presentar el esquema. trabajo en equipo.
Periódico, me publicaron hoy. Energía de la naturaleza, demuestra una nueva arquitectura de batería de sodio con ciclos estables durante varios cientos de ciclos. Al eliminar el ánodo y utilizar sodio abundante y barato en lugar de litio, esta nueva forma de batería será más asequible y respetuosa con el medio ambiente. Gracias a su innovador diseño de estado sólido, la batería también será segura y potente.
El trabajo es un gran avance en la ciencia y un paso necesario para cerrar la brecha de escala de baterías necesaria para que la economía global se aleje de los combustibles fósiles.
“Para que Estados Unidos funcione durante una hora, debemos generar un teravatio hora de energía”, dijo Meng. “Para cumplir nuestra misión de descarbonizar nuestra economía, necesitamos varios cientos de teravatios hora de baterías. Necesitamos más baterías, y las necesitamos rápidamente”.
Durabilidad y sodio
No es tan común el litio que se utiliza habitualmente para las baterías. Constituye aproximadamente 20 partes por millón de la corteza terrestre en comparación con el sodio, que constituye 20.000 partes por millón.
Esa escasez, combinada con una mayor demanda de baterías de iones de litio para computadoras portátiles, teléfonos y vehículos eléctricos, ha disparado los precios, poniendo a las baterías esenciales aún más fuera de nuestro alcance.
También se concentran los depósitos de litio. El “triángulo del litio” formado por Chile, Argentina y Bolivia posee más del 75 por ciento del suministro mundial de litio, con otros depósitos en Australia, Carolina del Norte y Nevada. Esto da a algunas naciones una ventaja sobre otras en la descarbonización necesaria para luchar contra el cambio climático.
“La acción global requiere trabajar juntos para acceder a material crítico”, afirmó Meng.
La extracción de litio también es dañina para el medio ambiente, ya sea por los ácidos industriales utilizados para descomponer el mineral minero o por la extracción más común de salmuera que bombea grandes volúmenes de agua a la superficie para secarla.
El sodio, que es común en el agua de mar y en la minería de carbonato de sodio, es un material de batería intrínsecamente más respetuoso con el medio ambiente. La investigación de LESC también lo ha convertido en un poderoso.
Arquitectura moderna
Para crear una batería de sodio con la densidad energética de una batería de litio, el equipo necesitaba inventar una nueva arquitectura de batería de sodio.
Las baterías convencionales tienen un ánodo para almacenar iones mientras se carga la batería. Cuando una batería está en uso, los iones viajan a través del electrolito desde el ánodo hasta el colector de corriente (cátodo), alimentando aparatos y automóviles a lo largo del camino.
Las baterías sin ánodo eliminan el ánodo y almacenan iones mediante la deposición electroquímica de un metal alcalino directamente sobre el colector de corriente. Este enfoque permite voltajes de celda más altos, costos de celda más bajos y una mayor densidad de energía, pero trae sus propios desafíos.
“Cualquier batería sin ánodo debe tener un buen contacto entre el electrolito y el colector de corriente”, dijo Dasher. “Por lo general, es mucho más fácil cuando se utiliza un electrolito líquido, porque el líquido puede fluir por todas partes y mojar todas las superficies. Un electrolito sólido no”.
Sin embargo, esos electrolitos líquidos consumen constantemente el material activo, lo que reduce la eficiencia de la batería con el tiempo y forma una estructura llamada interfaz de electrolito sólido.
Un sólido que fluye.
El equipo adoptó un enfoque nuevo e innovador para este problema. En lugar de utilizar un electrolito que rodea el colector de corriente, fabricaron un colector de corriente que rodea el electrolito.
Hicieron su colector actual con polvo de aluminio, un sólido que puede fluir como un líquido.
Durante el ensamblaje de la batería, el polvo se densifica a alta presión para crear un colector de corriente sólido mientras se mantiene un contacto similar al líquido con el electrolito, lo que permite ciclos de bajo costo y alta eficiencia que el juego puede hacer avanzar la tecnología transformadora.
“Las baterías de estado sólido de sodio generalmente se consideran una tecnología de futuro lejano, pero esperamos que este artículo pueda impulsar el campo del sodio aún más al demostrar que realmente funciona bien, incluso mejor que la versión de litio en algunos casos”, dijo Dasher. .
¿La última meta? Meng imagina un futuro energético con una variedad de opciones de baterías limpias y asequibles que almacenen energía renovable para satisfacer las necesidades de la sociedad.
Meng y Dasher presentaron una solicitud de patente para su trabajo a través de la Oficina de Innovación y Comercialización de UC San Diego.
Financiamiento: El financiamiento para apoyar este trabajo fue proporcionado por la Fundación Nacional de Ciencias a través de la subvención no. 2044465
