Desarrollan nueva batería de metal potasio que desbancará a las de iones de litio

México.- Desde teléfonos celulares, automóviles eléctricos hasta energía solar, la humanidad depende cada vez más de las baterías; lo que ha hecho que la demanda de almacenamiento de energía sea segura, eficiente y potente, haciendo que también aumente la demanda de alternativas a las baterías recargables de iones de litio, las cuales han sido la tecnología dominante en este espacio.

En una investigación publicada en Proceedings of the National Academy of Sciences , los investigadores del Instituto Politécnico Rensselaer demuestran cómo pueden superar un desafío persistente conocido como dendritas para crear una batería de metal que funciona casi tan bien como una batería de iones de litio, pero depende del potasio, un elemento mucho más abundante y menos costoso.

Las baterías contienen dos electrodos: un cátodo en un extremo y un ánodo en el otro, si tuviera que mirar dentro de una batería de iones de litio, normalmente encontraría un cátodo hecho de óxido de litio-cobalto y un ánodo hecho de grafito; durante la carga y descarga, los iones de litio fluyen de un lado a otro entre estos dos electrodos.

En esta configuración de la batería, si los investigadores simplemente reemplazaran el óxido de litio y cobalto con óxido de potasio y cobalto, el rendimiento disminuiría, ya que el potasio es un elemento más grande y pesado y, por lo tanto, menos denso en energía. En cambio, el equipo de Rensselaer buscó aumentar el rendimiento del potasio al reemplazar también el ánodo de grafito con metal de potasio.

Baterías de potasio, más baratas

“En términos de rendimiento, esto podría rivalizar con una batería de iones de litio tradicional”, explicó Nikhil Koratkar, profesor de ingeniería mecánica, aeroespacial y nuclear en Rensselaer y autor principal de este artículo.

Si bien las baterías de metal han demostrado ser muy prometedoras, también han estado plagadas por la acumulación en el ánodo, de depósitos de metal llamados dendritas, las cuales se forman debido a la deposición no uniforme de potasio metálico a medida que la batería experimenta ciclos repetidos de carga y descarga

En este documento, Koratkar y su equipo, que incluía a Prateek Hundekar, un estudiante de doctorado en Rensselaer, e investigadores de la Universidad de Maryland, incluido Chunsheng Wang, profesor de ingeniería química y biomolecular, explican cómo su solución a ese problema allana el camino para uso práctico del consumidor. Al operar la batería a una velocidad de carga y descarga relativamente alta, pueden elevar la temperatura dentro de la batería de una manera bien controlada y alentar a las dendritas a que se auto-curen en el ánodo.

Koratkar compara el proceso de autocuración en las baterías con lo que le sucede a un montón de nieve después de que una tormenta ha terminado. El viento y el sol ayudan a mover los copos del montón de nieve, reduciendo su tamaño y finalmente aplastándolo.

De manera similar, si bien el aumento de la temperatura dentro de la batería no derretirá

el metal de potasio, ayuda a activar la difusión de la superficie para que los átomos de potasio se muevan lateralmente del “montón” que han creado, suavizando efectivamente la dendrita .”Con este enfoque, la idea es que por la noche o cuando no esté usando la batería, tendría un sistema de gestión de la batería que aplicaría este calor local que haría que las dendritas se autocuraran”, dijo Koratkar.

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