La búsqueda de baterías más duraderas, de mayor potencia y menos costosas continúa en los laboratorios de todo el mundo. La batería de iones de litio es maravillosa, pero tarda demasiado en cargarse, su densidad de energía es demasiado baja y es propensa a incendiarse. Como si eso no fuera suficiente, también se basa en materias primas de las que el mundo simplemente no tiene suficiente, si crees Carlos Tavares, el director ejecutivo de Stellantis.
La mayoría de nosotros sabemos lo suficiente sobre las baterías para hablar de ellas en términos generales (por ejemplo, NMC y LFP), pero en los laboratorios del mundo, las baterías se fabrican utilizando todo tipo de materiales diferentes. En Texas A&M, los investigadores están explorando el uso de electrodos a base de agua que eliminarían la necesidad de cobalto y litio, dos materiales que actualmente se obtienen principalmente de fuentes fuera de los EE. UU.
La batería a base de agua
La profesora de ingeniería química de Texas A&M Jodie Lutkenhaus y el profesor asistente de química Daniel Tabor han publicado sus hallazgos sobre las baterías sin litio en Nature Materials en un artículo con este pegadizo título: “El papel del electrolito en polímeros de radicales no conjugados para electrodos de almacenamiento de energía acuosos libres de metales."
En resumen, los investigadores dicen: “Los polímeros radicales no conjugados con actividad redox son candidatos prometedores para las baterías acuosas libres de metales debido al alto voltaje de descarga de los polímeros y la rápida cinética redox. Sin embargo, se sabe poco sobre el mecanismo de almacenamiento de energía de estos polímeros en un ambiente acuoso. La reacción en sí es compleja y difícil de resolver debido a la transferencia simultánea de electrones, iones y moléculas de agua... Sorprendentemente, la capacidad puede variar hasta en un 1,000 % dependiendo del electrolito, en el que ciertos iones permiten una mejor cinética, mayor capacidad y una mayor estabilidad en el ciclismo”.
En un Publicación de blog de Texas A&M, Lutkenhaus dijo: “Ya no habría incendios de batería porque es a base de agua. En el futuro, si se prevé escasez de materiales, el precio de las baterías de iones de litio aumentará considerablemente. Si tenemos esta batería alternativa, podemos recurrir a esta química, donde el suministro es mucho más estable porque podemos fabricarlos aquí en los Estados Unidos y los materiales para hacerlos están aquí”.
Explicó que las baterías acuosas constan de un cátodo, un electrolito y un ánodo. Los cátodos y ánodos son polímeros que pueden almacenar energía, y el electrolito es agua mezclada con sales orgánicas. El electrolito es clave para la conducción de iones y el almacenamiento de energía a través de sus interacciones con el electrodo. “Si un electrodo se hincha demasiado durante el ciclo, entonces no puede conducir los electrones muy bien y se pierde todo el rendimiento. Creo que hay una diferencia del 1,000 % en la capacidad de almacenamiento de energía, dependiendo de la elección del electrolito debido a los efectos de hinchazón”.
Según su artículo, los polímeros (electrodos) de radicales no conjugados y activos redox son candidatos prometedores para las baterías acuosas libres de metales debido al alto voltaje de descarga de los polímeros y la rápida cinética redox. La reacción es compleja y difícil de resolver debido a la transferencia simultánea de electrones, iones y moléculas de agua.
“La teoría y el experimento a menudo trabajan en estrecha colaboración para comprender estos materiales. Una de las cosas nuevas que hacemos computacionalmente en este documento es que en realidad cargamos el electrodo a múltiples estados de carga y vemos cómo responde el entorno a esta carga”, dijo Tabor.
“Nos gustaría expandir nuestras simulaciones a sistemas futuros. Necesitábamos que se confirmara nuestra teoría de cuáles son las fuerzas que impulsan ese tipo de inyección de agua y solvente”, agregó. “Con esta nueva tecnología de almacenamiento de energía, este es un impulso hacia las baterías sin litio. Tenemos una mejor imagen a nivel molecular de lo que hace que algunos electrodos de batería funcionen mejor que otros, y esto nos da una fuerte evidencia de hacia dónde avanzar en el diseño de materiales”.
La batería a base de hidrógeno
En octubre pasado, les contamos a nuestros lectores sobre EnerVenue, una empresa que fabrica una batería de hidrógeno de níquel con una vida útil extremadamente larga de 30 años. Ellos son no diseñado para uso automotriz pero en cambio están optimizados para fines de almacenamiento de energía. La compañía ofrece a los desarrolladores de almacenamiento de baterías una ventaja única. La empresa garantiza que sus baterías no tendrán una reducción de más del 12% en la capacidad de almacenamiento de energía durante 20 años. La vida útil de diseño de la batería EnerVenue es de 30 años y 30,000 XNUMX ciclos de carga/descarga.
En marzo 28, el compañía anunciada construirá una nueva fábrica de 1 millón de pies cuadrados en el condado de Shelby, Kentucky, que se encuentra justo al este de Louisville. La primera fase del proyecto proporcionará un gigavatio-hora de producción anual. EnerVenue espera invertir más de $ 1 mil millones para expandirse a más de 20 gigavatios-hora por año en sus sitios de fabricación nacionales en las fases posteriores.
“Ubicar la gigafábrica de EnerVenue en Kentucky es una victoria para el estado libre asociado”, dijo el gobernador Andy Beshear. “Nuestro liderazgo ha priorizado traer empleos de alta calidad a la región y este es otro ejemplo más de esos esfuerzos que dan dividendos”.
Se espera que la nueva fábrica cree 450 puestos de trabajo a tiempo completo durante la primera fase de su rampa de producción. El condado de Shelby ofreció a EnerVenue un generoso paquete de incentivos a largo plazo que comprende reembolsos de impuestos sobre la propiedad y los salarios por un total de $20 millones durante un período de 25 años, lo cual es proporcional a la importante inversión local de la empresa. El estado de Kentucky también ofreció a EnerVenue más de $10.3 millones en incentivos fiscales para la primera fase de la rampa de la empresa. Los reembolsos de impuestos ayudarán a respaldar el crecimiento en el condado e incentivarán el desarrollo futuro a medida que la gigafábrica se expanda y agregue empleos adicionales.
EnerVenue dice que continúa viendo una demanda acelerada de sus dispositivos de almacenamiento de energía limpia seguros, duraderos y versátiles. Actualmente tiene compromisos de más de 7 GWh de capacidad.
“A medida que aumenta el interés de los clientes en la tecnología de almacenamiento de EnerVenue, estamos entusiasmados de escalar significativamente la producción de baterías con nuestra nueva gigafábrica de última generación en el condado de Shelby”, dijo Jorg Heinemann, director ejecutivo de EnerVenue. “Después de un proceso de investigación a nivel nacional, Kentucky surgió como la opción ideal para construir nuestras nuevas instalaciones. Los gobiernos del estado y del condado se comprometieron a traer empleos de energía limpia y manufactura a la región, y esperamos trabajar con ellos a medida que construimos operaciones”. Se espera que la nueva fábrica comience a producir a fines de este año.
EnerVenue lanzó recientemente la segunda generación de su tecnología de batería de gran formato, a la que llama Energy Storage Vessels, que permite configuraciones más escalables y personalizables. La empresa respalda sus productos con una garantía de aseguramiento de la capacidad que ofrece a los clientes una garantía ampliada sencilla de 20 años/20,000 88 ciclos que promete que los dispositivos conservarán el XNUMX % o más de su capacidad nominal durante el período de garantía.
“Durante años, el mercado de almacenamiento estacionario ha estado solicitando una garantía de capacidad simple a largo plazo”, dice Randy Selesky, director de ingresos de EnerVenue. “Capacity Assurance ofrece la mejor promesa de la industria que complementa la sólida tecnología de EnerVenue y brinda a nuestros socios confianza operativa y seguridad contractual”.
La comida para llevar
Aquí hay un CleanTechnica predicción directamente desde la C Suite en el último piso de nuestra torre de oficinas de cromo y vidrio. Dentro de 10 años, la batería de iones de litio tal como la conocemos se habrá convertido en una reliquia, adecuada solo para una exhibición en el Smithsonian. No podemos decir con certeza qué tecnologías de batería estarán en uso para entonces, pero nuestros nietos se quedarán boquiabiertos cuando les digamos que solíamos necesitar 40 minutos para recargar nuestros autos eléctricos y que los precios de las baterías solían estar en los cientos de dólares por kWh.
Testamento baterías de agua o las baterías de hidrógeno serán parte de ese futuro? No apuestes en contra.
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- Fuente: https://cleantechnica.com/2023/04/04/battery-news-today-water-in-texas-hydrogen-in-kentucky/
