podrían resolver los problemas con el litio
ENERGÍA
Los investigadores han desarrollado un material a base de magnesio que podría permitir baterías de iones de magnesio de estado sólido. (Crédito de la imagen: Leiem / CC-BY-SA-4.0)
Por Michael Irving, para New Atlas Noviembre 29 de 2017
Las baterías de iones de litio son el candidato a dominar indiscutiblemente del mundo de las baterías en este momento, pero los dispositivos de iones de magnesio tienen el potencial de robarse la corona, si los científicos pueden resolver el problema de encontrar un electrolito eficiente. Ahora, una colaboración entre Berkeley Lab, MIT y el Laboratorio Nacional Argonne ha desarrollado un material de estado sólido que parece ser uno de los conductores más rápidos de iones de magnesio, lo que podría conducir a baterías más seguras y eficientes.
Las baterías basadas en litio funcionan con todo, desde teléfonos hasta coches eléctricos, y aunque el metal hace el trabajo por el momento, hay mucho margen de mejora en términos de eficiencia y precio. El magnesio, por otro lado, tiene una densidad de energía más alta que el litio y es mucho más abundante en el mundo natural, lo que significa que los dispositivos hechos con este material deberían ser más baratos y fáciles de producir.
El obstáculo para usar magnesio en las baterías es a menudo el electrolito, el material que transporta la carga entre el cátodo y el ánodo. La investigación reciente de Toyota y KIT se ha centrado en desarrollar mejores electrolitos líquidos, pero estos tienen la tendencia a corroer otras partes de la batería. Entonces, los científicos del nuevo estudio querían probar otra cosa.
"El magnesio es una tecnología tan nueva que no tiene ningún electrolito líquido bueno", dijo Gerbrand Ceder, coautor de un artículo que describe el nuevo dispositivo. "Pensamos, ¿por qué no saltar y hacer un electrolito de estado sólido?"
El resultado final de su trabajo es un material llamado magnesio scandium selenide spinel, un electrolito de estado sólido que permite que los iones de magnesio se muevan fácilmente a través del material. De hecho, el equipo descubrió que su electrolito era un conductor tan eficaz como los electrolitos de estado sólido utilizados en algunas baterías de litio.
Los estudios teóricos inicialmente predijeron que el material funcionaría así, y para confirmar que prácticamente el equipo realizó experimentos de espectroscopía de resonancia magnética nuclear (RMN). Este instrumento puede ajustarse para detectar iones de magnesio o de litio que se mueven a través de un material, pero debido a que el material que el equipo había desarrollado era tan nuevo y complejo, tuvieron algunos problemas para interpretar los datos.
"Los protocolos son básicamente inexistentes", dice Pieremanuele Canepa, autor principal del estudio. "Estos hallazgos solo fueron posibles al combinar un enfoque de múltiples técnicas (mediciones de sincrotrón y RMN de estado sólido en Argonne) además de la caracterización electroquímica convencional".
A pesar de lo alentador que es el hallazgo, el equipo dice que es necesario solucionar algunos problemas antes de que el material de magnesio se pueda utilizar en una batería real. Actualmente, hay una pequeña cantidad de fuga de electrones, pero la movilidad de iones mejorada es alentadora para una eventual batería comercial de estado sólido, que es mucho más segura que los dispositivos convencionales basados en líquido.
"Esto probablemente tiene un largo camino por recorrer antes de que puedas fabricar una batería, pero es la primera demostración de que puedes fabricar materiales de estado sólido con una gran movilidad de magnesio a través de él", dijo Ceder. "Se cree que el magnesio se mueve lentamente en la mayoría de los sólidos, por lo que nadie pensó que esto sería posible".
La investigación fue publicada en la revista Nature Communications.
Lawrence Berkeley National Laboratory
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