Investigadores de la Universidad de Maryland (UMD) y el Laboratorio de Investigación del Ejército de EE. UU. (ARL) han dado un paso crítico en el camino hacia las baterías de alta energía al mejorar su batería de agua en sal con un nuevo tipo de transformación química del cátodo que crea una capa de sal sólida reversible, un fenómeno aún desconocido en el campo de las baterías a base de agua.

Sobre la base de sus descubrimientos anteriores de los electrolitos de agua en sal informados en Ciencias en 2015, los investigadores agregaron un nuevo cátodo. Este nuevo material de cátodo, carente de metal de transición, opera a un potencial promedio de 4.2 voltios con excelente estabilidad cíclica, y ofrece una densidad de energía sin precedentes comparable, o quizás más alto que, Baterías de iones de litio no acuosas. Los autores informan sobre su trabajo el 9 de mayo en la revista Naturaleza .

"La investigación de la Universidad de Maryland y ARL ha producido la química de batería nueva más creativa que he visto en al menos 10 años, "dijo el profesor Jeffrey Dahn de la Universidad de Dalhousie en Canadá, un experto en el campo no afiliado a la investigación. "Sin embargo, queda por ver si se puede crear un dispositivo práctico con una larga vida útil ".

Aprovechando la intercalación de halógenos reversibles en estructuras de grafito, habilitado por un electrolito acuoso superconcentrado, el equipo generó una densidad de energía que antes se creía imposible. Los investigadores encontraron que la solución superconcentrada de la batería de agua en sal, combinado con la capacidad del ánodo de grafito para construir y volver a formar automáticamente una capa protectora dentro de la batería, dio una batería estable y de larga duración con alta energía.

"Esta nueva química del cátodo funciona de manera ideal en nuestro electrolito acuoso 'agua en sal' desarrollado previamente, lo que lo hace aún más exclusivo:combina la alta densidad de energía de los sistemas no acuosos con la alta seguridad de los sistemas acuosos, "dijo un coautor del artículo, Chongyin Yang, un científico investigador asistente en el departamento de ingeniería química y biomolecular de la UMD.

"Esta nueva química de 'conversión-intercalación' hereda la alta energía de conversión-reacción y la excelente reversibilidad de la intercalación del grafito, "dijo Ji Chen, co-primer autor del artículo e investigador asociado en el departamento de ingeniería química y biomolecular.

El equipo de investigadores, dirigido por Chunsheng Wang, Profesor de ChBE con doble cargo en el Departamento de Química y Bioquímica; Kang Xu, Miembro de ARL; y Oleg Borodin, Científico de ARL:han avanzado la batería a una etapa comprobable:el tamaño de un botón pequeño, normalmente se utiliza como vehículo de prueba en laboratorios de investigación. Se necesita más investigación para escalarlo a una práctica, batería fabricable.

La producción de energía de la batería a base de agua informada en este estudio cuenta con un aumento del 25% en la densidad de energía de una batería de teléfono celular ordinaria basada en líquidos orgánicos inflamables. pero es mucho más seguro. El nuevo cátodo puede contener 240 miliamperios por gramo durante una hora de funcionamiento, aproximadamente el doble que el de un cátodo típico que se encuentra actualmente en teléfonos celulares y computadoras portátiles.

La batería de agua en sal podría usarse en última instancia en aplicaciones que involucren grandes energías a niveles de kilovatios o megavatios, o cuando la seguridad y la toxicidad de la batería sean preocupaciones primordiales, incluidas las baterías no inflamables para aviones, buques de guerra, o naves espaciales.