de la capacidad a lo largo de 2.000 ciclos de carga
Una versión de alto rendimiento de la pila de iones de zinc permitirá el almacenamiento de energÃa en estaciones que promete ser más barato, más seguro y más respetuoso con el medio ambiente que las pilas de iones de litio.
Hasta ahora, las baterÃas de iones de zinc se veÃan gravemente perjudicadas por su rápida degradación durante el uso. Ahora, un equipo de la KAUST ha desarrollado una nueva combinación de electrolito y electrodo que ha mejorado varios aspectos del rendimiento de las pilas de zinc-ion, especialmente la estabilidad a lo largo de múltiples cargas y ciclos de descarga. Su trabajo se ha publicado en la revista Energy & Environmental Science " Estrategia de electrolito concentrado de doble catión para baterÃas acuosas de iones de zinc"
Los bancos de baterÃas estacionarios conectados a fuentes de energÃa renovables, como instalaciones solares o parques eólicos, podrÃan ser clave para la transición desde la actual red eléctrica alimentada por combustibles fósiles. A diferencia de las baterÃas para aplicaciones móviles, como los ordenadores portátiles o los coches eléctricos, en las que el tamaño y el peso de la baterÃa son fundamentales, las baterÃas estacionarias pueden ser relativamente grandes y pesadas, lo que plantea la posibilidad de desplegar tecnologÃas de baterÃas recargables alternativas a las de iones de litio.
Las baterÃas centradas en una solución acuosa de iones de zinc han mostrado un gran potencial para el almacenamiento estacionario por su alta capacidad, bajo coste y falta de toxicidad. "Pero problemas como la baja estabilidad de los ciclos y la rápida autodescarga han prohibido las aplicaciones prácticas de las baterÃas acuosas de iones de zinc", dice Yunpei Zhu, investigador del grupo de Husam Alshareef, que dirigió el trabajo. "Ambos problemas están relacionados con el diseño de los electrolitos y los materiales de los electrodos", añade. El electrolito a base de agua causó problemas en ambos electrodos de la baterÃa, provocando reacciones secundarias perjudiciales en el ánodo y la rápida disolución del cátodo.
Para combatir estos problemas, el equipo desarrolló un electrolito de agua con una concentración de sal muy alta. Cuantos más iones de sal haya en la solución para unir las moléculas de agua circundantes, menos moléculas de agua libres estarán disponibles para dañar los electrodos.
Como las sales de zinc suelen tener una solubilidad limitada en el agua, el equipo añadió sodio para producir un electrolito altamente concentrado de perclorato de zinc y perclorato de sodio. "Descubrimos que esta combinación proporciona una solubilidad muy alta para suprimir la actividad del agua, sin disminuir los atributos clave de las pilas de iones de zinc, como su alta conductividad iónica, su seguridad o su respeto por el medio ambiente", afirma Zhu.
Además del novedoso electrolito, el equipo desarrolló un nuevo material catódico basado en nanofibras para baterÃas. "La morfologÃa de las nanofibras mejora la difusión de los iones, lo que garantiza una mayor velocidad de carga y descarga de las baterÃas acuosas de iones de Zn", afirma Alshareef. En las pruebas, el equipo no observó casi ningún deterioro de la capacidad a lo largo de 2.000 ciclos de carga. "Esta combinación de electrodo y electrolito resuelve potencialmente las deficiencias de las baterÃas acuosas de iones de Zn convencionales", afirma Alshareef.
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