Se ha diseñado un prototipo de batería utilizando agua salada y materiales que no son tóxicos y se cargan rápidamente. allanando el camino para nuevos tipos de baterías.

Los principios de diseño detrás del nuevo prototipo, que cambia de color a medida que se carga, también podría aplicarse a las tecnologías de baterías existentes para crear nuevos dispositivos de almacenamiento de energía, detección biológica, y materiales inteligentes que cambian de color.

Las baterías más utilizadas actualmente son las baterías de iones de litio, que tienen una capacidad relativamente alta (tienen una gran cantidad de carga) pero no descargan ni recargan su energía rápidamente. También contienen electrolitos orgánicos y otros materiales que pueden ser peligrosos e inflamables. lo que significa que requieren una manipulación y eliminación cuidadosas.

El nuevo prototipo de batería, desarrollado por un equipo de investigadores de los departamentos de Física y Química del Imperial College de Londres, utiliza películas delgadas de plásticos especialmente diseñados y agua salada simple en su lugar.

Si bien puede contener menos carga que las baterías de iones de litio convencionales, El Prototipo, que está hecho de polímeros, largas cadenas de moléculas que componen los plásticos, puede cargarse y descargarse en cuestión de segundos. Como beneficio adicional de los materiales que utiliza, también cambia de color a medida que se carga, ofreciendo a los usuarios una forma sencilla de leer el estado de carga de la batería.

El Prototipo, cuyos detalles fueron publicados en Ciencias de la energía y el medio ambiente , podría allanar el camino para mejorar la tasa de carga y la toxicidad de las baterías existentes, o proporcionar una ruta para fabricar tipos de baterías completamente nuevos.

Desarrollando baterías reciclables

El coautor principal, el Dr. Alexander Giovannitti, que trabajó en el proyecto mientras estaba en los Departamentos de Física y Química en Imperial, dijo:"Los materiales que usamos para crear el prototipo de batería podrían potencialmente fabricarse a bajo costo y combinarse con el uso de electrolitos a base de agua no tóxicos y no inflamables. Este enfoque podría ser una ruta viable para desarrollar baterías reciclables".

Las baterías con un tiempo de carga más rápido pero con menor capacidad pueden tener una variedad de aplicaciones en las que la energía debe cambiarse rápidamente pero las baterías no necesitan ser pequeñas. como cuando la energía del frenado del automóvil se usa momentos después para acelerar el vehículo.

A mayor escala, cuando se utilizan tecnologías renovables como la solar o la eólica como parte de una red nacional o local, solo pueden proporcionar energía de forma intermitente. Un sistema de batería que podría almacenar esta energía rápidamente, pero también devolverlo a la red cuando sea necesario, sería valioso para mantener el suministro estable.

El equipo dice que su prototipo necesitaría más trabajo para adaptarse a estas áreas, pero que los principios detrás de su diseño podrían ser aplicables a una amplia gama de dispositivos de almacenamiento de energía en desarrollo.

Diseñando nuevos materiales

Los materiales poliméricos se han utilizado con éxito en baterías antes, como aditivos para proporcionar flexibilidad o como electrolitos que separan los electrodos positivos y negativos, pero su uso como materiales activos en electrodos de batería que operan en el agua ha demostrado ser un desafío.

El avance proviene del diseño de materiales poliméricos que pueden absorber y liberar iones positivos o negativos del agua salada. de forma rápida y reversible sin degradarse. Estos iones son atraídos por electrodos de carga opuesta cuando el dispositivo se está cargando.

Las baterías a base de agua son deseables debido a su no toxicidad, pero ha sido difícil conseguir que los iones del agua se intercambien de forma reversible con los electrodos.

El equipo resolvió esto diseñando cadenas laterales para unirlas a las 'columnas vertebrales' del polímero conductor. Al utilizar materiales polares para las cadenas laterales, podrían crear electrodos con alta afinidad al agua.

Con este principio, pudieron crear electrodos positivos y negativos que pueden albergar sus iones opuestos del agua, y tenían los ingredientes para una batería. Como la columna vertebral del polímero ya era flexible, expandiéndose y contrayéndose mientras la batería se cargaba y descargaba, no se necesitaban aditivos.

El coautor principal, el Dr. Davide Moia, que completó el trabajo mientras estaba en el Departamento de Física en Imperial, dijo:"El uso de agua salada elimina los problemas de toxicidad e inflamabilidad, pero no ha sido fácil de usar, ya que puede limitar la cantidad de energía que puede entrar y salir de un dispositivo en comparación con otros electrolitos orgánicos.

"Ahora queremos probar hasta dónde se puede llevar este límite. Hemos compensado el menor rendimiento con una combinación de materiales más segura, pero mejorar el rendimiento podría abrir el camino a tipos completamente nuevos de dispositivos de almacenamiento de energía viables que también son seguros y sostenibles ".