Dado que la demanda mundial de baterías de iones de litio está agotando rápidamente las reservas de materia prima, los expertos buscan alternativas seguras, asequibles y confiables a las baterías recargables.
Las baterías acuosas de iones de zinc (AZIB) pueden ser la respuesta para producir alternativas de bajo costo a partir de abundantes materias primas, y los científicos de la Universidad de Flinders están allanando el camino para producir AZIB poliméricos simples y prácticos utilizando cátodos orgánicos para tecnologías de almacenamiento de energía más sostenibles.
“Las baterías acuosas de iones de zinc pueden tener aplicaciones en el mundo real”, dijo el profesor asociado de química Zhongfan Jia, investigador de nanotecnología en la Facultad de Ciencias e Ingeniería de la Universidad de Flinders.
Desde vehículos eléctricos hasta dispositivos electrónicos portátiles, la demanda y el uso de baterías de iones de litio (LIB) han provocado escasez de recursos y problemas en la cadena de suministro de metales estratégicos, incluidos el litio y el cobalto.
Mientras tanto, millones de baterías gastadas, muchas de las cuales no se reciclan adecuadamente, han creado enormes residuos y riesgos ambientales, que futuras alternativas como los AIZB prometen reducir.
“Entre estas alternativas, los AZIB destacan por su abundancia de zinc en la corteza terrestre (diez veces más que el litio) y su baja toxicidad y alta seguridad”.
Los AZIB suelen utilizar zinc metálico como ánodo y compuestos orgánicos e inorgánicos como cátodo. Aunque se ha dedicado un trabajo considerable a mejorar la estabilidad de los ánodos de zinc, se necesitan cátodos de alto rendimiento y esto constituye un desafío importante.
“Nuestra investigación está creando conductividad utilizando cátodos de polímeros de radicales nitróxido fabricados a partir de polímeros comerciales económicos y optimizando el rendimiento de la batería utilizando aditivos de bajo costo”, dijo el profesor asociado Xia, que dirige un grupo de investigación que trabaja en polímeros sostenibles para la energía y el medio ambiente.
“Nuestro trabajo ha reevaluado el uso de cátodos de polímeros de radicales nitróxido de alto potencial redox en AZIB y ha producido la carga de masa más alta hasta la fecha”, dice, según un nuevo artículo de una revista en línea. Revista de recursos energéticos.
La investigación, dirigida por el estudiante de maestría de Flinders, Nanduni Gamage, y el becario postdoctoral, el Dr. Yanlin Shi, desarrolló una batería de bolsa fabricada en laboratorio utilizando un polímero ampliado (cuesta $20/kg), un Zn (ClO) sin flúor.4)2 electrolito y negro de humo BP 2000 ($1/kg) para proporcionar una capacidad de aproximadamente 70 mAh g sin aglutinante.-1 y el voltaje medio de descarga es 1,4 V.
Con una carga de masa de 50 mg cm-2La capacidad de la batería de la bolsa era de 60 mAh, con la que se podía accionar fácilmente un pequeño ventilador eléctrico y un modelo de coche (ver vídeo en el artículo).
Los colaboradores de la investigación, incluido el Dr. Jesús Santos-Peña de la Universidad Paris Est Crétil CNRS en Francia, trabajaron con otros expertos del Instituto Universitario Flinders de Ciencia y Tecnología a Nanoescala.
Nanduni SW Gamez, Yanlin Shi, Chanaka J Mudugamuwa, Jesus Santos-Peña, David A Lewis, Justin M Chalk y artículo sobre la conversión de polímeros industriales de bajo costo a cátodos orgánicos para baterías acuosas de iones de zinc de alta carga masiva (2024) Zhongfan Jia ha sido publicado Materiales que ahorran energía. DOI: 10.1016/j.ensm.2024.103731.
En colaboración con la Universidad Griffith, el equipo también desarrolló recientemente baterías de iones duales de radicales orgánicos/K, una técnica que podría eliminar la dependencia de las baterías de iones de litio.