Demostración de un sistema de almacenamiento de energía renovable. Fotos de la demostración de los investigadores de un sistema de almacenamiento de energía renovable basado en un paquete DZMB (en el medio de la foto) integrado con módulos solares fotovoltaicos (PV) y un generador eólico a través de un controlador. El controlador también estaba conectado a un panel de diodos emisores de luz (LED), sirviendo como la carga eléctrica. Crédito:Zhong et al.
La demanda mundial de baterías recargables ha crecido exponencialmente durante la última década aproximadamente, ya que son necesarios para alimentar el creciente número de dispositivos electrónicos portátiles, como teléfonos inteligentes, laptops, tabletas, relojes inteligentes y rastreadores de actividad física. Para trabajar de la manera más eficiente, las baterías recargables deben tener una alta densidad de energía, sin embargo, también deberían estar a salvo, estable y respetuoso con el medio ambiente.
Si bien las baterías de iones de litio (LIB) son ahora algunos de los sistemas de almacenamiento de energía recargable más extendidos, contienen electrolitos orgánicos que son altamente volátiles, lo que reduce significativamente su seguridad. En años recientes, Por lo tanto, los investigadores han estado tratando de identificar nuevas composiciones de baterías que no contengan electrolitos inflamables e inestables.
Entre las alternativas más prometedoras a los LIB se encuentran las baterías basadas en electrolitos a base de agua no inflamables y de bajo costo, como baterías de plomo-ácido y zinc-manganeso. Estas baterías tienen numerosas ventajas, incluyendo mayor seguridad y bajos costos de producción. Hasta aquí, sin embargo, Su desempeño, El voltaje de trabajo y la capacidad de recarga han sido algo limitados en comparación con los de las soluciones a base de litio.
Investigadores del Laboratorio Clave de Cerámica Avanzada y Tecnología de Mecanizado, el Laboratorio Clave de Materiales Compuestos y Funcionales de Tianjin y la Universidad de Tianjin en China han introducido recientemente una nueva estrategia de diseño que podría mejorar el rendimiento del dióxido de zinc-manganeso (Zn-MnO 2 ) baterías. El enfoque que desarrollaron, presentado en un artículo publicado en Energía de la naturaleza , implica desacoplar los electrolitos dentro de la batería para permitir una química redox óptima tanto en Zn como en MnO 2 electrodos.
"Nuestro artículo se produjo sin querer cuando ensamblamos un Zn-MnO alcalino 2 batería con MnO recién electrodepositado 2 , que tiene algo de H residual 2 ASI QUE 4 (del baño de electrodeposición) en el MnO 2 superficie, "Prof. Cheng Zhong, uno de los investigadores que realizó el estudio, dijo a TechXplore. "La batería ensamblada exhibió un voltaje de descarga extra más alto que el Zn-MnO convencional 2 baterías lo que nos animó a reducir las cosas a lo básico, sentando las bases de nuestro estudio ".
El profesor Zhong y sus colegas descubrieron que su estrategia para desacoplar los electrolitos conducía a un mejor rendimiento del Zn-MnO 2 baterías con un voltaje de circuito abierto de 2,83 V. Este es un resultado muy prometedor, considerando que el Zn-MnO más convencional 2 las baterías suelen tener un voltaje de 1,5 V.
La capacidad de la batería fabricada utilizando su estrategia de desacoplamiento de electrolitos, apodado DZBM, se desvaneció en solo un 2% después de que se usó continuamente y se recargó durante 200 horas. Además, la batería retuvo el 100% de su capacidad en una variedad de densidades de corriente de descarga. Notablemente, los investigadores demostraron que las baterías creadas con su método también se pueden integrar con sistemas de energía híbridos eólicos y fotovoltaicos, lo que aumenta aún más su sostenibilidad.
"La estrategia de desacoplamiento de electrolitos tiene como objetivo permitir simultáneamente la química redox óptima tanto del Zn como del MnO 2 electrodos, "El Prof. Zhong explicó. Las condiciones de trabajo del MnO 2 El cátodo y el ánodo de Zn se desacoplaron para permitir tanto el MnO ácido 2 y reacciones redox alcalinas de Zn en una sola celda. La batería DZMB resultante tiene un voltaje de trabajo mucho más alto y una vida útil prolongada que el Zn-MnO alcalino tradicional. 2 baterías ".
En el futuro, la nueva estrategia de diseño introducida por el profesor Zhong y sus colegas podría utilizarse para producir nuevos Zn-MnO 2 baterías económicas y seguras, pero que también tienen voltajes de circuito abierto excepcionalmente altos y una vida útil prolongada. Notablemente, la misma estrategia también podría usarse para mejorar el rendimiento de otras baterías acuosas a base de zinc, incluidos aquellos con composiciones de Zn-Cu y Zn-Ag.
"Dado que el costo y el rendimiento de las membranas selectivas de iones de última generación siguen siendo insatisfactorios, Nuestras investigaciones futuras se centrarán en los estudios de diseños de desacoplamiento sin utilizar las membranas, "Dijo el profesor Zhong.
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