Investigadores en China han desarrollado una batería con electrodos compuestos orgánicos que pueden funcionar a -70 grados Celsius, mucho más fría que la temperatura a la que las baterías de iones de litio pierden la mayor parte de su capacidad para conducir y almacenar energía. Los resultados, publicado el 28 de febrero en la revista Joule , podría ayudar a los ingenieros a desarrollar tecnología adecuada para resistir los confines más fríos del espacio exterior o las regiones más frías de la Tierra.

Si bien las baterías pueden funcionar en climas relativamente fríos, ellos tienen sus limites. La mayoría se desempeña a solo el 50% de su nivel óptimo cuando la temperatura alcanza los -20 grados Celsius, y por -40 grados Celsius, Las baterías de iones de litio solo tienen alrededor del 12% de su capacidad a temperatura ambiente. Esto puede ser muy limitante cuando se trata de operar baterías en el espacio, donde las temperaturas pueden bajar a -157 grados Celsius, o incluso en partes de Canadá y Rusia, donde las temperaturas pueden ser inferiores a -50 grados centígrados.

Pero un equipo de investigadores de baterías ha encontrado un diseño que puede funcionar incluso donde otras baterías podrían fallar. "Es bien sabido que tanto el electrolito (el medio químico que transporta los iones entre los electrodos) como los electrodos (el cátodo con carga positiva y el ánodo con carga negativa) tienen una gran influencia en el rendimiento de la batería, "dice el Dr. Yong-yao Xia, investigador de baterías en el Departamento de Química de la Universidad de Fudan en Shanghai, Porcelana.

Cuando hace frío Los electrolitos convencionales a base de éster que las baterías de iones de litio utilizan a menudo se vuelven conductores lentos y las reacciones electroquímicas que ocurren en la interfaz del electrolito y el electrodo tienen dificultades para continuar, lo que significa que las baterías de iones de litio no se mantienen demasiado bien en ultra -climas fríos. Es un problema que ha molestado constantemente a los investigadores.

El equipo experimentó con el uso de un electrolito a base de éster (acetato de etilo), que tiene un punto de congelación bajo que le permite realizar una carga incluso a temperaturas extremadamente bajas. Para los electrodos, utilizaron dos compuestos orgánicos:un cátodo de politrifenilamina (PTPAn) y 1, 4, 5, Ánodo de poliimida derivada de dianhídrido 8-naftalenotetracarboxílico (NTCDA) (PNTCDA). A diferencia de los electrodos utilizados en las baterías de iones de litio, estos compuestos orgánicos no dependen de la intercalación, el proceso de integración continua de iones en su matriz molecular, que se ralentiza a medida que baja la temperatura.

"Aprovechando los electrodos de electrolitos y polímeros orgánicos a base de acetato de etilo, la batería recargable puede funcionar bien a una temperatura ultrabaja de -70 grados Celsius, "Xia dice.

Xia y su equipo creen que esta puede ser una solución más elegante que los intentos alternativos de mejorar la función de la batería de iones de litio en temperaturas extremas. Otros investigadores de baterías han intentado remediar el problema desarrollando aditivos para calentar externamente las baterías o usando un electrolito de gas licuado. pero estas soluciones requieren materiales adicionales que añaden peso extra.

Xia cree que la composición de la batería tiene muchas otras cualidades favorables a la producción, también. "En comparación con los materiales de electrodos que contienen metales de transición en las baterías de iones de litio convencionales, los materiales orgánicos son abundantes, barato, y respetuoso con el medio ambiente, ", dice. Estima el precio de los materiales de los electrodos en aproximadamente un tercio del precio de los electrodos en una batería de iones de litio.

Sin embargo, la batería aún requerirá algunos ajustes antes de que esté lista para salir del laboratorio. Xia cree que la energía específica (la energía por unidad de masa) de la batería sigue siendo baja en comparación con las baterías de iones de litio comercializadas. y el proceso de ensamblaje debe optimizarse aún más ". Pero a pesar de que tiene poca energía específica, proporciona el potencial más prometedor en aplicaciones de campo especiales, "Xia dice.