Nuevas posibilidades para las baterías de magnesio

Las baterías de magnesio han sido consideradas durante mucho tiempo una alternativa potencialmente más segura y menos costosa que las baterías de iones de litio, pero las versiones previas han sido muy limitadas en cuanto a la potencia que suministraban.

Unos investigadores de la Universidad de Houston y del Instituto de Investigación Toyota de América del Norte (TRINA) informan en la revista Nature Energy que han desarrollado un nuevo cátodo y electrolito -antes los factores limitantes de una batería de magnesio de alta energía- para demostrar una batería de magnesio capaz de funcionar a temperatura ambiente y ofrecer una densidad de potencia comparable a la que ofrecen las baterías de iones de litio.

A medida que la necesidad de almacenamiento de energía a escala de red y otras aplicaciones se hace más apremiante, los investigadores han buscado alternativas al litio menos costosas y más fácilmente disponibles.

Los iones de magnesio tienen el doble de carga que el litio, mientras que tienen un radio iónico similar. Como resultado, la disociación del magnesio de los electrolitos y su difusión en el electrodo, dos procesos esenciales que tienen lugar en los cátodos de intercalación clásicos, son lentos a temperatura ambiente, lo que conduce a un rendimiento de baja potencia.

Un método para abordar estos desafíos es mejorar las reacciones químicas a temperaturas elevadas. Otro evita las dificultades almacenando el catión de magnesio en sus formas complejas. Ninguno de los dos enfoques es práctico.

Prototipo de batería de magnesio (Foto: University of Houston)

Yan Yao, Profesor Cullen de Ingeniería Eléctrica y Computacional de la Universidad de Houston y co-autor del artículo, dijo que sus resultados provienen de la combinación de un cátodo orgánico de quinona y una nueva solución de electrolitos basada en un cúmulo de boro.

"Demostramos una química redox de enolización heterogénea para crear un cátodo que no se vea obstaculizado por la disociación iónica y los desafíos de difusión en estado sólido que han impedido que las baterías de magnesio funcionen eficientemente a temperatura ambiente", dijo Yao. "Esta nueva clase de química redox evita la necesidad de intercalación de estado sólido, almacenando solo magnesio, en lugar de sus formas complejas, creando un nuevo paradigma en el diseño de electrodos de baterías de magnesio".

Yao es un líder en el desarrollo de baterías multivalentes de iones metálicos. Su grupo publicó recientemente un artículo en Nature Energy sobre la hoja de ruta para mejorar las baterías multivalentes.

Los investigadores de TRINA han hecho enormes avances en el campo de las baterías de magnesio, incluyendo el desarrollo de electrolitos altamente reconocidos y eficientes basados en aniones de cúmulos de boro. Sin embargo, estos electrolitos tenían limitaciones para soportar altas tasas de ciclos de batería.

"Teníamos indicios de que los electrolitos basados en estos aniones débilmente coordinados en principio podrían tener el potencial de soportar tasas de ciclo muy altas, por lo que trabajamos en el ajuste de sus propiedades", dijo Rana Mohtadi, científico principal del departamento de investigación de materiales de TRINA y co-autor. "Afrontamos esto dirigiendo nuestra atención al disolvente para reducir su unión a los iones de magnesio y mejorar la cinética de transporte".  (Fuente: NCYT Amazings)