Las baterías modernas alimentan todo, desde automóviles hasta teléfonos celulares, pero están lejos de ser perfectos, se incendian, funcionan mal en climas fríos y tienen ciclos de vida relativamente cortos, entre otras cuestiones. Ahora, investigadores de la Universidad de Houston han descrito una nueva clase de material que aborda muchas de esas preocupaciones en Materiales de la naturaleza .

Los investigadores, dirigido por Yan Yao, profesor asociado de ingeniería eléctrica e informática, informan sobre el uso de quinonas, un producto económico y material abundante en tierra y fácilmente reciclable:para crear compuestos de ánodo estables para cualquier batería acuosa recargable.

"Este nuevo material es barato y químicamente estable en un entorno tan corrosivo, "dijo Yao, quien también es investigador principal del Centro de Superconductividad de Texas en UH, con cita a la facultad de ingeniería química y biomolecular. El material también se puede utilizar para crear un "reemplazo directo" para los ánodos de batería actuales, permitir que el nuevo material se utilice sin cambiar las líneas de fabricación de baterías existentes, él dijo.

"Esto puede llegar al mercado mucho más rápido, " él dijo.

Yao y su laboratorio, incluido el investigador asociado Yanliang Liang, que sirvió como primer autor del artículo, comenzó el trabajo en 2013, después de recibir $ 1 millón del programa RANGE de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada del Departamento de Energía (ARPA-E) para desarrollar una nueva tecnología de baterías. Otros investigadores involucrados en el proyecto incluyen a Yan Jing, Saman Gheytani y Kuan-Yi Lee, todo UH, Ping Liu de la Universidad de California-San Diego, y Antonio Faccheti de Northwestern University.

El almacenamiento de energía es la clave para una adopción más amplia de los coches eléctricos, energía eólica y solar, junto con otras tecnologías de energía limpia. Pero el desarrollo de sistemas de almacenamiento de baterías, que podría almacenar energía hasta que se necesite y luego recargarse con generación adicional, se ha visto obstaculizada por la falta de baterías que cumplan una variedad de requisitos:respetuosas con el medio ambiente, a salvo, económico y duradero.

"Las baterías recargables acuosas con electrolitos a base de agua no inflamables y de bajo costo son intrínsecamente seguras y ... (brindan) robustez y ventajas de costo sobre las baterías de iones de litio de la competencia que usan electrolitos orgánicos volátiles y son responsables de explosiones catastróficas recientes, "escribieron los investigadores. Pero las baterías recargables acuosas de última generación tienen una vida útil corta, haciéndolos inadecuados para aplicaciones donde no es práctico reemplazarlos con frecuencia.

La piedra de tropiezo Yao dijo, ha sido el ánodo, la parte de la batería a través de la cual fluye la energía. Los materiales de ánodo existentes son intrínsecamente estructural y químicamente inestables, lo que significa que la batería solo es eficiente durante un tiempo relativamente corto.

Trabajaron con quinonas, un material orgánico abundante en la tierra que, según Yan, cuesta solo $ 2 por kilogramo, demostrando los beneficios del material en tres formulaciones.

Las diferentes formulaciones ofrecen evidencia de que el material es un ánodo eficaz tanto para baterías ácidas como para baterías alcalinas. como los que se utilizan en un coche, así como baterías emergentes de iones metálicos acuosos, Dijo Liang. Eso significa que el ánodo basado en quinonas funcionará independientemente de la tecnología que domine en el futuro, él dijo.

El nuevo material también permite que las baterías funcionen en distintos rangos de temperatura, Liang dijo:a diferencia de algunas baterías acuosas convencionales, que son notoriamente reacios en climas fríos.

Yao dijo que los consumidores notarán rápidamente una diferencia clave en este cambio a la tecnología de baterías existente. "Una de estas baterías, como batería de coche, podría durar 10 años, ", dijo. Además de frenar el deterioro de las baterías de los vehículos y las baterías de almacenamiento de electricidad estacionarias, también facilitaría la eliminación de la batería porque el material no contiene metales pesados.

Los investigadores han solicitado tres patentes para la tecnología y esperan encontrar socios para comercializar la tecnología.