El soldado del siglo XXI equipado del Ejército de los EE. UU. empaca alrededor de 21 libras de baterías en una misión típica, por lo que no sorprende que el Ejército se obsesione continuamente con mejorar sus recursos de almacenamiento de energía. En el último giro, el Ejército está dando otra oportunidad a las baterías de iones de litio, solo que esta vez con un nuevo electrolito de gas licuado.

Almacenamiento de energía de próxima generación: por qué el ejército quiere hacer realidad los electrolitos de gas licuado

Las baterías de iones de litio convencionales despliegan un electrolito líquido, en el que un solvente disuelve una sal de litio. Normalmente es un ambiente libre de preocupaciones, a pesar de la presencia del solvente. Sin embargo, un defectuoso o pinchado batería puede convertirse en un peligro de incendio.

Las baterías de iones de litio son omnipresentes en la vida moderna, y eso de pincharse no es una preocupación para la mayoría de las personas en la mayoría de las situaciones. Sin embargo, es un peligro particular para los soldados y su equipo, junto con el aplastamiento y otros impactos potenciales que pueden ocurrir durante las misiones de campo, lo que explica por qué el Ejército está interesado en identificar la próxima generación de baterías de iones de litio mejores y más seguras.

La Departamento de Defensa de los Estados Unidos dio un gran paso hacia el futuro del almacenamiento de energía de iones de litio hace unos años, cuando prestó asistencia para ayudar a la puesta en marcha de Illinois NanoGraf desarrollar una nueva fórmula de ánodo de silicio, destinada a reducir el peso y mejorar el rendimiento de las baterías de iones de litio.

Luego vino un premio de $10 millones del Ejército para ayudar a NanoGraf a obtener una fábrica por su fórmula de silicio de la tierra en Chicago. Ahora el ejército está haciendo un seguimiento con otros $550,000 en fondos para conectar la celda de batería de ánodo de silicio 3.8 de 18650 Ah de NanoGraf con un electrolito de gas licuado desarrollado por la firma californiana South 8 Technologies.

El proyecto de seis meses pondrá a prueba la nueva batería en una serie de pruebas de temperatura y penetración de clavos.

"La finalización exitosa de las pruebas validará el rendimiento de la celda en temperaturas extremadamente frías y mantendrá la capacidad y el ciclo de vida existentes, lo que permitirá que la celda funcione hasta -60 grados y hasta +60 grados centígrados y pase la prueba de seguridad", explica NanoGraf. .

¿Qué tienen de bueno los electrolitos de gas licuado?

El proyecto de almacenamiento de energía del Ejército sigue a una adjudicación de $3.152 millones a South 8 de parte de ARPA-E, la oficina de financiación de vanguardia del Departamento de Energía, como parte de un programa más amplio para empujar el sobre rendimiento de la batería para vehículos eléctricos. “El electrolito LiGas utiliza gases no tóxicos y no corrosivos que se licúan a presiones moderadas y se pueden contener en latas de celdas cilíndricas estándar”, explica ARPA-E.

“La tecnología ha demostrado un rendimiento excelente en celdas convencionales de grafito/litio-níquel-manganeso-óxido de cobalto y ofrece muchas oportunidades para la reducción de costos”, agrega ARPE-E.

ARPA-E otorgó la adjudicación en enero, y el plan es que South 8 trabaje con una parte interesada de EV de primer nivel durante los próximos tres años para llevar la energía de gas licuado a la corriente principal.

Aparentemente, el Ejército no está esperando a que crezca la hierba, y por una buena razón. Si todo va según lo planeado, el mashup NanoGraf – South 8 dará como resultado una mejora significativa en el rendimiento y la seguridad de los soldados en las misiones.

“El electrolito de gas licuado mejora la seguridad, aumenta la densidad de energía, logra un rendimiento en todo tipo de clima, permite la capacidad de carga rápida y reduce los costos, al mismo tiempo que es compatible con la producción de celdas de iones de litio existentes o los procesos de fabricación y las cadenas de suministro de las gigafábricas”, dice South 8 con entusiasmo. “LiGas® hace que las baterías de iones de litio sean más seguras al eliminar el riesgo de fuga térmica, ya que el gas licuado inofensivo se puede ventilar de manera segura”.

¿De dónde viene esta nueva fórmula de almacenamiento de energía?

Los electrolitos de gas licuado son nuevos en el CleanTechnica radar, así que tenemos que ponernos al día.

Un desarrollo clave en el campo apareció en 2017, del laboratorio de Shirley Meng en la Escuela de Ingeniería Jacobs de la Universidad de California-San Diego. Meng, quien también se desempeña como asesor oficial de South 8, se acredita como autor principal en un estudio de electrolitos de gas licuado publicado en la revista Ciencia: el 15 de junio de 2017, bajo el título, “Electrolitos de gas licuado para dispositivos de almacenamiento de energía electroquímica."

Los autores explican que el ánodo y el cátodo en los dispositivos de almacenamiento de energía están separados para evitar cortocircuitos, y eso es cierto tanto para electrolitos líquidos como sólidos. Basándose en trabajos anteriores, demuestran que se puede producir una separación similar en gases de hidrocarburos fluorados que se licuan bajo presión. “Aunque se exploraron varios disolventes potenciales, el presente estudio se centra en el uso de hidrofluorocarbonos, que no son tóxicos y tienen enlaces químicos relativamente fuertes, lo que permite una amplia ventana electroquímica”, señalan.

“Los electrolitos muestran una excelente estabilidad tanto en baterías como en capacitores, particularmente a bajas temperaturas”, concluyen.

Próximos pasos para el almacenamiento de energía avanzado y el ejército de EE. UU.

El verano pasado, un equipo del laboratorio Meng publicó un nuevo estudio en la revista naturaleza de la Energía, en el que describieron "una ruta hacia baterías de metal de litio sostenibles y resistentes a la temperatura con propiedades de extinción de incendios que mantienen un rendimiento electroquímico de última generación".

Puedes obtener todos los detalles de naturaleza de la Energía bajo el título, "Extinción de incendios, electrolitos de gas licuado reciclables para baterías de metal de litio resistentes a la temperatura.El blog de la Escuela Jacobs también ofrece algunos antecedentes interesantes sobre cómo surgió el nuevo estudio a partir de una discusión entre el estudiante de doctorado Yijie Yin y otro estudiante de posgrado, Yangyuchen Yang, quienes comparten el crédito del primer autor del estudio.

La discusión se centró en una deficiencia importante en el electrolito resultado del trabajo de 2017. "... el electrolito LGE aún no es 'perfecto' porque la presión de vapor saturado de las moléculas utilizadas es alta y, como la mayoría de los electrolitos, sigue siendo inflamable, lo que hace que la seguridad y la protección ambiental del sistema sean irracionales", el blog de Jacobs cartel explicado.

En la búsqueda de una solución no inflamable, los investigadores se decidieron por dos moléculas de gas que son los ingredientes principales de algunos tipos de extintores de incendios, que son el 1,1,1,2 tetrafluoroetano y el pentafluoroetano. ‍

Mientras tanto, las nuevas baterías portátiles son solo un aspecto de la búsqueda del Ejército de las soluciones de almacenamiento de energía del futuro. El Ejército también está invirtiendo en nuevas formas de gran escala, larga duración sistemas de almacenamiento de energía para dar seguridad energética a sus instalaciones. Eso incluye baterías de flujo también.

vehículos eléctricos y Baterías EV son otro foco de atención del Ejército de los EE. UU. y el Departamento de Defensa. Están lanzando una amplia red, incluidos los fabricantes de automóviles heredados con ambiciones de vehículos eléctricos como GM, así como nuevas empresas.

Entre los que compiten está Canoo, creador de una extraña forma de rombo pero plataforma eléctrica versátily Motores lúcidos, que supuestamente firmó una iniciativa del Departamento de Defensa destinada a establecer un estándar, plataforma intercambiable para baterías EV.

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Foto (recortada): El Ejército de EE. UU. está buscando sistemas de almacenamiento de energía portátiles mejorados para alimentar dispositivos electrónicos para soldados en misiones (cortesía del Ejército de EE. UU.).

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• Fuente: https://cleantechnica.com/2023/06/08/us-army-suddenly-obsessed-with-liquefied-gas-electrolytes-for-portable-energy-storage-systems/