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Jun 04, 2024

Los científicos desarrollan aluminio

Por la Universidad de Friburgo 17 de agosto de 2023 Los investigadores han desarrollado un material de electrodo positivo para baterías de iones de aluminio utilizando un polímero redox orgánico, que ha demostrado una mayor capacidad que

Por Universidad de Friburgo 17 de agosto de 2023

Los investigadores han desarrollado un material de electrodo positivo para baterías de iones de aluminio utilizando un polímero redox orgánico, que ha demostrado una mayor capacidad que el grafito. El material del electrodo se sometió con éxito a 5.000 ciclos de carga, conservando el 88 % de su capacidad a 10 C, lo que supone un avance significativo en el desarrollo de baterías de aluminio.

Las baterías de iones de aluminio se están perfilando como posibles sucesoras de las baterías tradicionales que dependen de materiales difíciles de conseguir y de reciclar, como el litio. Este cambio se atribuye a la abundancia de aluminio en la corteza terrestre, su reciclabilidad y su seguridad y rentabilidad comparativas con respecto al litio.

No obstante, el avance de las baterías de iones de aluminio aún se encuentra en sus primeras etapas, ya que los investigadores todavía están buscando materiales de electrodos apropiados que puedan ofrecer una capacidad de almacenamiento adecuada. Recientemente, un equipo de investigación dirigido por la Prof. Dra. Birgit Esser de la Universidad de Ulm, el Prof. Dr. Ingo Krossing y la Prof. Dra. Anna Fischer de la Universidad de Friburgo, y dirigido por Gauthier Studer. El equipo ha desarrollado un material de electrodo positivo compuesto de un polímero redox orgánico a base de fenotiazina.

En el experimento, las baterías de aluminio con este material de electrodo almacenaron una capacidad nunca antes alcanzada de 167 miliamperios hora por gramo (mAh/g). El polímero orgánico redox supera así la capacidad del grafito, que hasta ahora se utiliza principalmente como material de electrodo en baterías. Los resultados aparecieron en la revista Energy & Environmental Science.

El material del electrodo se oxida durante la carga de la batería, absorbiendo así aniones de aluminato complejos. De esta forma, el polímero orgánico redox poli(3-vinil-N-metilfenotiazina) consigue insertar dos aniones [AlCl4]- de forma reversible durante la carga. Los investigadores utilizaron el líquido iónico cloruro de etilmetilimidazolio como electrolito al que se añadió cloruro de aluminio.

El diagrama esquemático de la batería muestra el proceso redox en el que se oxida el material del electrodo y se depositan aniones aluminato. Crédito: Birgit Esser / Universidad de Friburgo

"El estudio de las baterías de aluminio es un campo de investigación apasionante con un gran potencial para futuros sistemas de almacenamiento de energía", afirma Gauthier Studer. “Nuestro objetivo es desarrollar nuevos materiales orgánicos activos redox que exhiban un alto rendimiento y propiedades reversibles. Al estudiar las propiedades redox de la poli (3-vinil-N-metilfenotiazina) en un líquido iónico a base de cloroaluminato, hemos logrado un avance significativo al demostrar por primera vez un proceso redox reversible de dos electrones para un material de electrodo a base de fenotiazina. "

La poli(3-vinil-N-metilfenotiazina) deposita los aniones [AlCl4]- a potenciales de 0,81 y 1,65 voltios y proporciona capacidades específicas de hasta 167 mAh/g. Por el contrario, la capacidad de descarga del grafito como material de electrodo en baterías de aluminio es de 120 mAh/g. Después de 5.000 ciclos de carga, la batería presentada por el equipo de investigación todavía tiene el 88 por ciento de su capacidad a 10 C, es decir, con un tiempo de carga y descarga de 6 minutos. A una tasa C más baja, es decir, un tiempo de carga y descarga más largo, la batería vuelve sin cambios a sus capacidades originales.

"Con su alto voltaje de descarga y su capacidad específica, así como su excelente retención de capacidad a altas velocidades de C, el material del electrodo representa un avance importante en el desarrollo de baterías recargables de aluminio y, por tanto, de soluciones de almacenamiento de energía avanzadas y asequibles", afirma Birgit Esser. .

Referencia: “Sobre una batería de aluminio de alta capacidad con un polímero redox de fenotiazina de dos electrones como electrodo positivo” por Gauthier Studer, Alexei Schmidt, Jan Büttner, Maximilian Schmidt, Anna Fischer, Ingo Krossing y Birgit Esser, 22 de mayo de 2023, Energía y Ciencias Ambientales.DOI: 10.1039/D3EE00235G

El proyecto fue financiado por la Fundación Alemana de Investigación (DFG) (proyecto AMPERE dentro de SPP 2248 – Baterías basadas en polímeros, POLiS – EXC 2154, livMatS – EXC 2193), así como por la Deutsche Bundesstiftung Umwelt, el bwForCluster JUSTUS 2, el Eva Mayr-Stihl-Stiftung (¡Saltus!) y el Estado federado de Baden-Württemberg (bwHCP).