Los aniones y cationes en los DIB actúan como el pastor de vacas y la chica tejedora. Crédito:TANG Yongbing
Baterías de iones duales (DIB), en el que tanto cationes como aniones están involucrados en la reacción redox electroquímica, constituyen un candidato prometedor para cumplir con los requisitos de bajo costo de las aplicaciones comerciales. En comparación con las baterías de iones de litio (LIB) convencionales, tienen ventajas como alto voltaje de trabajo, excelente seguridad, y respeto al medio ambiente.
Un equipo de investigación dirigido por el profesor Tang Yongbing y el Dr. Zhou Xiaolong en los Institutos de Tecnología Avanzada de Shenzhen (SIAT) de la Academia de Ciencias de China, junto con otros colaboradores, publicó conjuntamente un artículo de revisión invitado titulado "Más allá de las baterías convencionales:estrategias para reducir Coste de las baterías de iones dobles con alto rendimiento "en Angewandte Chemie .
Los DIB han atraído la atención mundial por su alto voltaje de trabajo, bajo costo, facilidad de reciclaje, y bajo impacto ambiental, etc. Sin embargo, debido a la densidad de compactación del grafito y la limitación de la capacidad teórica, la estructura de doble carbono tradicional de los DIB tiene una densidad de energía baja.
En 2016, El grupo del Prof. TANG diseñó un novedoso DIB de aluminio-grafito que se dio cuenta de la idea de integrar los electrodos. Usó papel de aluminio, que es barato y respetuoso con el medio ambiente, como material activo del cátodo y colector de corriente al mismo tiempo, y grafito como material de ánodo para construir un nuevo sistema DIB de aluminio-grafito con alta eficiencia y bajo costo.
Las diferencias entre LIB (a) y DIB (b). Crédito:TANG Yongbing
El anión y el cátodo son como el pastor y la tejedora, dos amantes en un cuento de hadas chino, que solo pueden encontrarse una vez al año en un puente de urraca en el cielo:los dos amantes están separados por la vasta Vía Láctea (electrolitos), pero con la ayuda del puente urraca (canal iónico), se encuentran (descarga), y luego regresar a sus propios lugares (cargo). Este ciclo se repite continuamente.
Las principales diferencias entre DIB y LIB se pueden resumir como:El anión se intercala en el cátodo durante la carga, lo que conduce tanto a los diferentes mecanismos de almacenamiento de energía electroquímica como a un alto voltaje de trabajo. Dado que los aniones provienen de electrolitos, los electrolitos también se consideran materiales activos en los DIB; por lo tanto, en el proceso de carga-descarga, los aniones y cationes se separan y se reúnen en el electrolito.
El equipo también extendió la nueva idea de diseño integrado al abundante sistema de baterías de iones metálicos alcalinos (alcalinotérreos). Desarrollaron con éxito un DIB a base de sodio de bajo costo y respetuoso con el medio ambiente, el DIB a base de iones de potasio, y la batería de iones de calcio de alto voltaje de trabajo a temperatura ambiente. sentando así una base muy sólida para la aplicación industrial de dicha tecnología integrada.
