Científicos de la Universidad de Stanford han creado la primera batería de aluminio de alto rendimiento que es la carga rápida (un minuto), de larga duración y de bajo costo.
Los investigadores dicen que la nueva tecnología ofrece una alternativa segura a muchas baterías comerciales de amplio uso en la actualidad.
«Hemos desarrollado una batería recargable de aluminio que pueden sustituir a los dispositivos de almacenamiento existentes, tales como las baterías alcalinas, que son malos para el medio ambiente, y las baterías de iones de litio, que en ocasiones se incendió», dijo Hongjie Dai, profesor de química en Stanford . «Nuestra nueva batería no se incendie, incluso si explora a través de él.»
Dai y sus colegas describen su novela de la batería de iones de aluminio en «Una batería de aluminio-litio recargable ultrarrápida», que será publicado en el 06 de abril antelación edición online de la revista Naturaleza .
El aluminio ha sido durante mucho tiempo un material atractivo para las baterías, principalmente debido a su capacidad de almacenamiento de bajo costo, baja inflamabilidad y de alto costo. Durante décadas, los investigadores han intentado, sin éxito, para desarrollar una batería comercialmente viable de aluminio-litio. Un desafío clave ha sido encontrar materiales capaces de producir suficiente voltaje después de repetidos ciclos de carga y descarga.
Cátodo de grafito
Una batería de iones de aluminio se compone de dos electrodos: un ánodo cargado negativamente de aluminio y un cátodo cargado positivamente.
«La gente ha tratado diferentes tipos de materiales para el cátodo», dijo Dai. «Accidentalmente Descubrimos que una solución sencilla es utilizar el grafito, que es básicamente de carbono. En nuestro estudio, hemos identificado algunos tipos de material de grafito que nos dan un rendimiento muy bueno.»
Para la batería experimental, el equipo de Stanford coloca el ánodo y el cátodo de grafito de aluminio, junto con un electrolito líquido iónico, dentro de una bolsa recubierta con polímeros flexible.
«El electrolito es básicamente una sal que es líquido a temperatura ambiente, por lo que es muy seguro», dijo el estudiante graduado de Stanford Ming Gong, co-autor de la Naturaleza estudio.
Baterías de aluminio son más seguras que las baterías de iones de litio convencionales que se utilizan en millones de ordenadores portátiles y teléfonos móviles de hoy, añadió Dai.
«Las baterías de litio pueden ser un peligro de incendio», dijo.
A modo de ejemplo, se refirió a las recientes decisiones Unidas y Delta Airlines para prohibir envíos de baterías de litio a granel en los aviones de pasajeros.
«En nuestro estudio, tenemos videos que demuestran que se puede perforar a través de la bolsa de la batería de aluminio, y seguiremos trabajando por un tiempo más largo sin la captura de fuego», dijo Dai. «Pero las baterías de litio pueden apagarse de manera impredecible – en el aire, el coche o en el bolsillo Además de la seguridad, hemos logrado grandes avances en el rendimiento de la batería de aluminio..»
Un ejemplo es la carga ultra rápida. Propietarios de teléfonos inteligentes saben que puede tomar horas para cargar una batería de iones de litio. Pero el equipo de Stanford informó «tiempos de carga sin precedentes» de hasta un minuto con el prototipo de aluminio.
La durabilidad es otro factor importante. Baterías de aluminio desarrolladas en otros laboratorios generalmente murieron después de sólo 100 ciclos de carga-descarga. Pero la batería Stanford fue capaz de soportar más de 7500 ciclos sin pérdida de capacidad. «Esta fue la primera vez que una batería de iones de aluminio ultra-rápida se construyó con la estabilidad de miles de ciclos», escribieron los autores.
En comparación, una típica batería de iones de litio dura alrededor de 1000 ciclos.
«Otra de las características de la batería de aluminio es la flexibilidad», dijo Gong. «Se puede doblar y doblar, por lo que tiene el potencial para su uso en dispositivos electrónicos flexibles. El aluminio es también un metal más barato que el litio».
Aplicaciones
Además de pequeños dispositivos electrónicos, las baterías de aluminio se podrían utilizar para almacenar la energía renovable en la red eléctrica, dijo Dai.
«La rejilla necesita una batería con un largo ciclo de vida que puede almacenar rápidamente y liberar energía», explicó. «Nuestros últimos datos publicados sugieren que una batería de aluminio se puede recargar a decenas de miles de veces. Es difícil imaginar la construcción de una batería enorme de iones de litio para almacenamiento de red.»
Tecnología de iones de aluminio también ofrece una alternativa ecológica a las pilas alcalinas desechables, dijo Dai.
«Millones de consumidores utilizan AA de 1,5 voltios y AAA», dijo. «Nuestra batería recargable de aluminio genera alrededor de dos voltios de electricidad. Eso es más alto de lo que nadie ha logrado con el aluminio.»
Pero se necesitan más mejoras para que coincida con el voltaje de las baterías de iones de litio, añadió Dai.
«Nuestra batería produce cerca de la mitad de la tensión de una batería de litio típica», dijo. «Pero la mejora del material de cátodo podría llegar a aumentar la densidad de la tensión y la energía lo contrario, nuestra batería tiene todo lo más que te soñar que una batería debe tener:.. Electrodos de bajo costo, buena seguridad, carga de alta velocidad, flexibilidad y largo ciclo de vida I ver esto como una nueva batería en sus primeros días. Es muy emocionante «.
Otros coautores principales del estudio afiliado con Stanford están visitando los científicos Mengchang Lin del Instituto Taiwán Industrial Technology Research, Bingan Lu de la Universidad de Hunan, y el erudito postdoctoral Yingpeng Wu. Otros autores son Di-Yan Wang, Mingyun Guan, Michael Angell, Changxin Chen y Jiang Yang de Stanford; y Bing-Joe Hwang de la Universidad Nacional de Taiwán de Ciencia y Tecnología.
El apoyo principal de la investigación fue proporcionada por los EE.UU. Departamento de Energía , el Taiwán Instituto Industrial Technology Research , el Stanford Global Climático y Energía Proyecto , el Stanford Instituto Precourt para la Energía y el Ministerio de Educación de Taiwán
http://news.stanford.edu/news/2015/march/aluminum-ion-battery-033115.html
