Hoy dia, IBM Research se basa en una larga historia de innovación en la ciencia de los materiales para presentar un nuevo descubrimiento de baterías. Esta nueva investigación podría ayudar a eliminar la necesidad de metales pesados ​​en la producción de baterías y transformar la sostenibilidad a largo plazo de muchos elementos de nuestra infraestructura energética.

A medida que se exploran alternativas que funcionan con baterías para todo, desde vehículos hasta redes de energía inteligentes, Sigue habiendo preocupaciones importantes en torno a la sostenibilidad de las tecnologías de baterías disponibles.

Muchos materiales de batería, incluyendo metales pesados ​​como níquel y cobalto, plantean enormes riesgos medioambientales y humanitarios. Cobalto en particular, que está disponible en gran parte en África central, ha sido objeto de críticas por prácticas de extracción descuidadas y explotadoras.

Utilizando tres materiales patentados nuevos y diferentes, que nunca antes se han registrado como combinados en una batería, Nuestro equipo de IBM Research ha descubierto una química para una batería nueva que no utiliza metales pesados ​​u otras sustancias con problemas de abastecimiento.

Los materiales de esta batería se pueden extraer del agua de mar, sentando las bases para técnicas de abastecimiento menos invasivas que los métodos actuales de extracción de materiales.

Tan prometedor como la composición de esta nueva batería es su potencial de rendimiento. En las pruebas iniciales, demostró que se puede optimizar para superar las capacidades de las baterías de iones de litio en varias categorías individuales, incluidos costos más bajos, tiempo de carga más rápido, mayor potencia y densidad de energía, Fuerte eficiencia energética y baja inflamabilidad.

El nuevo diseño de la batería podría superar a los de iones de litio en varias tecnologías sostenibles

Descubierto en el Laboratorio de baterías de IBM Research, este diseño utiliza un material de cátodo sin cobalto ni níquel, así como un electrolito líquido seguro con un alto punto de inflamación. Esta combinación única de cátodo y electrolito demostró la capacidad de suprimir las dendritas de metal de litio durante la carga. reduciendo así la inflamabilidad, que se considera ampliamente un inconveniente significativo para el uso de metal de litio como material de ánodo.

Este descubrimiento tiene un potencial significativo para las baterías de vehículos eléctricos, por ejemplo, donde preocupaciones como la inflamabilidad, el costo y el tiempo de carga entran en juego. Las pruebas actuales muestran que se requieren menos de cinco minutos para que la batería, configurada para alta potencia, alcance un estado de carga del 80 por ciento. Combinado con el costo relativamente bajo de obtener los materiales, el objetivo de una carga rápida, El vehículo eléctrico de bajo costo podría convertirse en una realidad.

En el campo de rápida evolución de los vehículos voladores y los aviones eléctricos, tener acceso a baterías con una densidad de potencia muy alta, que puede escalar una carga de energía rápidamente, es critico. Cuando se optimiza para este factor, este nuevo diseño de batería supera los 10, 000 W / L, superando a las baterías de iones de litio más potentes disponibles. Adicionalmente, Nuestras pruebas han demostrado que esta batería se puede diseñar para un ciclo de vida prolongado, convirtiéndolo en una opción para aplicaciones de redes eléctricas inteligentes y nuevas infraestructuras energéticas donde la longevidad y la estabilidad son clave.

En general, esta batería ha demostrado la capacidad de superar a las baterías de iones de litio existentes no solo en las aplicaciones enumeradas anteriormente, pero también se puede optimizar para una variedad de beneficios específicos, incluso:

• Menor costo:los materiales de cátodo activo tienden a costar menos porque están libres de cobalto, níquel, y otros metales pesados. Estos materiales suelen requerir muchos recursos para obtener, y también han expresado su preocupación por su sostenibilidad.
• Carga más rápida:se requieren menos de cinco minutos para alcanzar un estado de carga del 80 por ciento (SOC), sin comprometer la capacidad de descarga específica.
• Densidad de alta potencia:más de 10, 000 W / L. (superando el nivel de potencia que puede alcanzar la tecnología de baterías de iones de litio).
• Alta densidad de energía:más de 800 Wh / L, comparable a la batería de iones de litio de última generación.
• Excelente eficiencia energética:más del 90 por ciento (calculado a partir de la relación entre la energía para descargar la batería y la energía para cargar la batería).
• Baja inflamabilidad de los electrolitos.

Del laboratorio a la industria con automoción, fabricantes de electrolitos y baterías

Para mover esta nueva batería de la investigación exploratoria en etapa inicial al desarrollo comercial, IBM Research se ha unido a Mercedes-Benz Research and Development North America, Vidrio central, uno de los principales proveedores de electrolitos de batería del mundo, y Sidus, un fabricante de baterías, para crear un nuevo ecosistema de desarrollo de baterías de próxima generación. Si bien los planes para un mayor desarrollo de esta batería aún se encuentran en la fase exploratoria, nuestra esperanza es que este ecosistema en ciernes ayude a hacer realidad estas baterías.

Acelerando el descubrimiento de materiales con IA

Avanzando El equipo también ha implementado una técnica de inteligencia artificial (IA) llamada enriquecimiento semántico para mejorar aún más el rendimiento de la batería mediante la identificación de materiales más seguros y de mayor rendimiento. Usar técnicas de aprendizaje automático para brindar a los investigadores humanos acceso a información de millones de puntos de datos para informar sus hipótesis y próximos pasos, los investigadores pueden acelerar el ritmo de la innovación en este importante campo de estudio.

Sobre la base de una historia de exploración e innovación en la ciencia de los materiales.

Utilizando un enfoque multidisciplinario que combina la ciencia de los materiales, química molecular, Ingenieria Eléctrica, equipo de laboratorio de batería avanzado, y simulación por computadora, el Laboratorio de baterías de IBM Research se basa en la historia de IBM Research en el avance de la ciencia de los materiales.

La invención de IBM Research de la amplificación química, por ejemplo, ayudó a impulsar el crecimiento y el avance de la Ley de Moore, marcando el comienzo de una era de desarrollo de semiconductores más rápido y barato que ahora es la columna vertebral de los dispositivos electrónicos.

Cuando nos propusimos explorar soluciones a los desafíos asociados con las baterías en la actualidad, y por lo tanto ciertos obstáculos para la energía renovable en su conjunto, nos basamos en la sólida infraestructura de IBM Research que nos permite estudiar cómo funcionan las cosas a nivel molecular y atómico. Esta base es la que ha impulsado nuestro liderazgo en varias áreas.

Fuerza atómica microscópica, por ejemplo, fue pionera e inventada por investigadores de IBM. Este método ha permitido a innumerables científicos, incluido nuestro equipo de construcción de nueva tecnología de baterías, para estudiar las fuerzas y los movimientos entre materiales a niveles increíblemente precisos.

La combinación de esta innovación de materiales y experiencia en catálisis para aplicaciones que van desde el reciclaje de plásticos hasta la fabricación de semiconductores, junto con un profundo conocimiento de los mecanismos químicos, permitió al equipo del Laboratorio de baterías de IBM Research llevar a cabo esta nueva y emocionante tecnología de baterías.