Con la energía renovable a escala de red en aumento, muchos académicos han cambiado su atención de la generación de energía al almacenamiento de energía. Si se trata de células solares que convierten la luz solar en energía, o molinos de viento que transforman corrientes de aire en corrientes eléctricas, las fuentes de generación de energía renovable son inherentemente variables.

Los días excepcionalmente nublados o tranquilos pueden causar fluctuaciones notables en la producción de energía de las fuentes renovables. Un obstáculo importante para la energía renovable a escala de red es cómo almacenar de manera eficiente estas fuentes de energía, a menudo intermitentes, para más adelante. usos distribuidos de manera más uniforme.

Un equipo de investigación dirigido por el profesor Cui Guanglei y Zhao Jingwen del Instituto de Bioenergía y Tecnología de Bioprocesos de Qingdao (QIBEBT), La Academia de Ciencias de China (CAS) está un paso más cerca de resolver este problema de almacenamiento.

El equipo se ha centrado en las baterías de iones duales (DIB) basadas en ánodo de zinc y cátodo de grafito debido a sus capacidades de bajo costo y alto voltaje, haciéndolos un gran candidato para grandes, dispositivos de almacenamiento a escala de red. Sus hallazgos fueron publicados en Edición internacional Angewandte Chemie el 18 de agosto.

En estas baterías, La deposición de Zn ocurre en un ánodo de Zn durante el proceso de carga, mientras que los aniones cargados negativamente se entrelazan en el cátodo de grafito permitiendo el almacenamiento de energía para su uso posterior. un proceso conocido como intercalación. Baterías de zinc / grafito, sin embargo, tengo una trampa.

"Desafortunadamente, Los aniones que se utilizan a menudo para las reacciones de intercalación de grafito podrían formar complejos con el carbonato en el electrolito. Esto disminuye la estabilidad a la oxidación del carbonato y previene el desarrollo de DIB con alta eficiencia. baja autodescarga y larga vida útil / cíclica, "dice Cui.

Esencialmente, los electrolitos utilizados para transferir la carga a través de la batería sufrirían una descomposición oxidativa en las regiones de alto voltaje, reduciendo la eficiencia y la vida útil de la batería. Este es un problema esencial a resolver antes de aplicar este tipo de batería al almacenamiento de energía a gran escala.

El enfoque del grupo mejoró la estabilidad a la oxidación de los electrolitos a base de carbonato mediante el ajuste de la estructura de solvatación de aniones. Al introducir un disolvente de fosfato de trimetilo fuertemente donador de electrones (TMP), el equipo pudo atrapar los aniones en el régimen de solvatación de TMP y desacoplar los aniones del disolvente de carbonato.

Como consecuencia, el voltaje de funcionamiento de las baterías de zinc / grafito se elevó en 0,45 V y, al mismo tiempo, permitió un ciclo de vida prolongado (retención de capacidad del 92% después de 1000 ciclos). Esto no solo podría extender el ciclo de vida de las baterías de zinc / grafito, pero también aumenta la capacidad de intercalación de aniones en grafito. Los autores enfatizaron que "una comprensión profunda y una regulación de la estructura de solvatación de aniones es esencial".

"Aquí, recuperamos la naturaleza antioxidante de los electrolitos a base de carbonato para soportar celdas de zinc / grafito de alto voltaje, reorganizando lo intermolecular, es decir., ion-solvente e ion-ion, interacciones, "Dijo Cui.

Su trabajo futuro se centrará en aumentar la densidad energética, suprimiendo el comportamiento de autodescarga y reduciendo el costo del electrolito para las baterías de zinc / grafito. El objetivo final es comercializar la batería de zinc / grafito en almacenamiento de energía a escala de red.