Una batería a base de zinc que proporciona un alto voltaje y una capacidad de energía sustancial podría configurarse para competir con las baterías de iones de litio convencionales, Los investigadores de A * STAR han encontrado.

La proliferación de vehículos eléctricos y fuentes de energía renovables está impulsando la demanda de baterías recargables que almacenan y entregan grandes cantidades de energía de forma segura. de manera eficiente y económica. Las baterías a base de zinc ofrecen algunas ventajas clave sobre las de iones de litio, incluidos los de bajo costo y la no inflamabilidad. Kilo por kilo, Las baterías de zinc-aire pueden almacenar potencialmente cinco veces más energía que las de iones de litio, mientras que las baterías de zinc-níquel producen voltajes relativamente altos (potencialmente útiles porque se necesitarían menos baterías para alimentar un dispositivo). Sin embargo, las baterías de zinc también tienden a perder su capacidad de almacenamiento de energía después de unos pocos cientos de ciclos de recarga. y ninguna batería de zinc ha combinado todavía un voltaje decente de más de 1,5 voltios y una alta capacidad de almacenamiento de energía.

Yun Zong y Zhaolin Liu del Instituto A * STAR de Investigación e Ingeniería de Materiales y sus colegas ahora han desarrollado una batería de zinc híbrida que combina lo mejor de las tecnologías zinc-aire y zinc-níquel. completando más de 5, 000 ciclos de carga sin pérdida de rendimiento. La batería tiene un ánodo de zinc, mientras que su cátodo se basa en una espuma de níquel recubierta de carbono cubierta con nanocables de óxido de níquel cobalto. El electrolito líquido entre los electrodos contiene aniones de hidróxido disueltos en agua.

Una razón clave del excelente rendimiento de la batería es que el cátodo funciona de dos formas distintas durante la carga y descarga. Cuando la batería se carga, Los iones de hidróxido del electrolito reaccionan con los óxidos metálicos del cátodo para producir compuestos de oxihidróxido. liberando electrones. Pero los metales del cátodo también actúan como catalizadores, combinando aniones de hidróxido para producir oxígeno, agua, y más electrones. Estos electrones fluyen alrededor del circuito hacia el ánodo, donde se combinan con iones de zinc en el electrolito para producir zinc metálico. Durante el alta, estos procesos electroquímicos se invierten.

La batería tiene un voltaje de descarga estable de dos pasos entre 1,75 y 1,0 voltios, y mantuvo su rendimiento durante tres meses de pruebas continuas, superando ampliamente a las baterías de zinc anteriores. Zong estima que la batería puede almacenar alrededor de 270 vatios-hora por kilogramo, con potencial de mejora. "Esto ya está a la par con las baterías de iones de litio disponibles en el mercado, " él dice.

Los dos procesos químicos en el cátodo producen diferentes voltajes, lo que podría ser una ventaja para aplicaciones que inicialmente requieren un voltaje más alto, como los vehículos aéreos no tripulados que necesitan un impulso de energía para volar y luego un voltaje más bajo para mantener su vuelo. El equipo ahora espera mejorar el ciclo de vida de la batería, quizás usando un ánodo de zinc poroso, y aumentar la capacidad de la porción de zinc-níquel de la batería.