Materiales de los electrodos:
Es fundamental desarrollar materiales de electrodos adecuados que puedan intercalar y desintercalar iones de aluminio de manera eficiente. Se han explorado materiales catódicos como óxidos metálicos en capas (p. ej., óxidos de vanadio) y compuestos de intercalación (p. ej., grafito). En el lado del ánodo, el metal de aluminio en sí o su aleación con otros elementos (por ejemplo, galio o indio) se ha mostrado prometedor. Los investigadores están investigando materiales de electrodos nanoestructurados avanzados para mejorar el rendimiento electroquímico.
Electrolitos:
Es vital diseñar electrolitos que faciliten el transporte eficiente de iones de aluminio y al mismo tiempo mantengan la estabilidad en un amplio rango de voltaje. Se están explorando líquidos iónicos, electrolitos basados en sales de aluminio o electrolitos híbridos que combinan disolventes orgánicos y especies iónicas. El desafío radica en lograr una alta conductividad iónica, estabilidad electroquímica y compatibilidad con los materiales de los electrodos.
Coleccionistas actuales:
Los colectores de corriente de cobre convencionales utilizados en baterías de iones de litio pueden no ser adecuados para baterías de aluminio debido al potencial de reducción más negativo del aluminio. Se están investigando colectores de corriente alternativos fabricados con materiales como aluminio recubierto de carbono o metales resistentes a la corrosión (por ejemplo, titanio o acero inoxidable) para minimizar las reacciones parásitas y garantizar el rendimiento de la batería a largo plazo.
Diseño e Ingeniería de Celdas:
Optimizar el diseño y la ingeniería de las celdas es fundamental para maximizar el rendimiento y la seguridad de la batería. Esto involucra factores como el espesor del electrodo, la porosidad, el volumen del electrolito, la selección del separador y la densidad de corriente. Se exploran estrategias de ingeniería de celdas como la compresión de pila, el equilibrio de celdas y la gestión térmica para mejorar la duración, la confiabilidad y la eficiencia general de la batería.
Comprender y mitigar los mecanismos de degradación:
Las baterías de aluminio recargables enfrentan desafíos relacionados con los mecanismos de degradación, como la formación de interfases de electrolitos sólidos (SEI) en las superficies de los electrodos y reacciones parásitas que involucran componentes de aluminio y electrolitos. Se necesitan estudios fundamentales para comprender estos procesos de degradación y desarrollar estrategias para mitigar su impacto en el rendimiento y la vida útil de la batería.
En resumen, desarrollar mejores baterías de aluminio recargables requiere avances en los materiales de los electrodos, electrolitos, colectores de corriente, diseño de celdas y comprensión de los mecanismos de degradación. Al abordar estos desafíos, los beneficios potenciales de las baterías de aluminio, incluido un menor costo, una mayor seguridad y una mayor densidad de energía, se pueden aprovechar para aplicaciones prácticas en diversos sectores, como los vehículos eléctricos, el almacenamiento en red y la electrónica portátil.
