[ad_1]
(noticias nanowerk) Las baterías recargables potentes y fiables son una parte importante de muchos dispositivos e incluso del transporte. Desempeñan un papel clave en la transición hacia un mundo más verde. En su producción se utilizan diversos elementos, incluido el cobalto, cuya producción contribuye a algunos problemas medioambientales, económicos y sociales.
Por primera vez, un equipo que incluye investigadores de la Universidad de Tokio está presentando una alternativa viable al cobalto que puede, en algunos aspectos, superar la química de baterías de última generación. También sobrevive a una gran cantidad de ciclos de carga y la teoría subyacente se puede aplicar a otros problemas.
Las tesis centrales
![Al sustituir el problemático y escaso cobalto por elementos más seguros y abundantes, los investigadores están aliviando algunos problemas de las baterías actuales](https://www.nanowerk.com/news2/green/id63904_1.jpg)
Investigación
Los resultados fueron publicados en Sostenibilidad en la naturaleza (“Diseño de electrolitos para baterías de iones de litio con cátodo libre de cobalto y ánodo de óxido de silicio”).
Es muy probable que estés leyendo este artículo en una computadora portátil o un teléfono inteligente, y si no, probablemente tengas al menos uno de ellos. Ambos y muchos otros dispositivos contienen una batería de iones de litio (LIB). Los LIB han sido el método estándar para alimentar máquinas y dispositivos electrónicos portátiles o móviles durante décadas. A medida que el mundo se aleja de los combustibles fósiles, se los considera un paso importante para su uso en automóviles eléctricos y baterías domésticas para aquellos con paneles solares. Pero así como las baterías tienen un extremo positivo y otro negativo, las LIB tienen puntos negativos que contrastan con los positivos.
A pesar de ser algunas de las fuentes de energía portátiles más potentes del mercado, muchas personas desearían que las LIB pudieran ofrecer una mayor densidad de energía para que pudieran durar más o alimentar máquinas aún más exigentes. Además, pueden soportar una gran cantidad de ciclos de carga, pero pierden calidad con el tiempo; Sería mejor para todos si las baterías pudieran soportar más ciclos de carga y conservar su capacidad por más tiempo. Pero quizás el problema más alarmante de los LIB actuales radique en uno de los elementos utilizados para construirlos.
El cobalto se utiliza a menudo para una parte importante de las LIB, los electrodos. Todas las baterías funcionan de forma similar: dos electrodos, uno positivo y otro negativo, favorecen el flujo de iones de litio entre ellos en lo que se llama electrolito cuando se conectan a un circuito externo. Sin embargo, el cobalto es un elemento raro; Tan raro que actualmente sólo existe una fuente principal: una serie de minas en la República Democrática del Congo. A lo largo de los años, se han informado muchas cuestiones sobre el impacto ambiental de estas minas, así como sobre las condiciones laborales allí, incluido el uso de mano de obra infantil. La fuente de cobalto también plantea un problema desde la perspectiva de la oferta debido a la inestabilidad política y económica de la región.
«Hay muchas razones por las que queremos dejar de utilizar cobalto para mejorar las baterías de iones de litio», afirmó el profesor Atsuo Yamada del Departamento de Ingeniería de Sistemas Químicos. “Para nosotros el desafío es técnico, pero su impacto podría ser ambiental, económico, social y tecnológico. Nos complace informar sobre una nueva alternativa al cobalto que utiliza una novedosa combinación de elementos en los electrodos, incluidos litio, níquel, manganeso, silicio y oxígeno, todos ellos elementos mucho más comunes y menos problemáticos de fabricar y procesar”.
Los nuevos electrodos y electrolitos que Yamada y su equipo han desarrollado no sólo no contienen cobalto, sino que también mejoran de alguna manera la química de las baterías actuales. La densidad de energía de los nuevos LIB es aproximadamente un 60% mayor, lo que podría equivaler a una vida útil más larga, y pueden entregar 4,4 voltios, a diferencia de aproximadamente 3,2-3,7 voltios de los LIB típicos. Sin embargo, uno de los logros técnicos más sorprendentes fue la mejora de las propiedades de carga. Las baterías de prueba con la nueva química pudieron cargarse y descargarse completamente en más de 1000 ciclos (simulando tres años de uso y carga completos) y solo perdieron alrededor del 20% de su capacidad de almacenamiento.
“Estamos contentos con los resultados hasta ahora, pero el viaje hasta aquí no ha estado exento de desafíos. «Fue una lucha suprimir varias reacciones indeseables que ocurrieron en las primeras versiones de nuestra nueva química de batería y que podrían haber acortado drásticamente la vida útil de la batería», dijo Yamada. “Y todavía nos queda un largo camino por recorrer, ya que todavía hay reacciones menores que deben mitigarse para mejorar aún más la seguridad y la longevidad. En este momento, confiamos en que esta investigación conducirá a baterías mejoradas para muchas aplicaciones, pero es posible que algunas que requieren durabilidad y vida útil extremas aún no estén satisfechas”.
Aunque Yamada y su equipo exploraron aplicaciones en LIB, los conceptos subyacentes a su desarrollo reciente se pueden aplicar a otros procesos y dispositivos electroquímicos, incluidos otros tipos de baterías, división de agua (para producir hidrógeno y oxígeno), fundición de minerales y galvanoplastia.
[ad_2]