Estudio afirma que las baterías de potasio son la próxima generación de baterías - World Energy Trade

Estudio afirma que las baterías de potasio son la próxima generación de baterías

Los investigadores de todo el mundo se han centrado en mejorar las baterías recargables

Los investigadores de todo el mundo se han centrado en mejorar las baterías recargables

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Nuestro estilo de vida moderno sería inmensamente diferente sin baterías recargables. Debido a su tecnología reciclable de bajo costo, estas baterías se utilizan en la mayoría de los dispositivos electrónicos portátiles, vehículos eléctricos e híbridos y sistemas de generación de energía renovable, las mismas ofrecen una solución elegante a las crecientes demandas energéticas del mundo. 

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Las baterías recargables son una herramienta esencial en los sistemas que cosechan energía renovable, como el viento y la luz solar, porque estas fuentes pueden fluctuar mucho con el clima, la misma, almacenan la electricidad generada y la envían a pedido. En ese orden de ideas, los investigadores de todo el mundo se han centrado en mejorar las baterías recargables como un paso hacia recursos energéticos sostenibles. 

Desde su comercialización, las baterías de iones de litio (LIB) han sido las baterías recargables preferidas por su excelente desempeño. Sin embargo, con el consiguiente aumento en su demanda, junto con la disponibilidad limitada del litio y el cobalto (otro elemento necesario para las LIB), el uso de las LIB puede convertirse pronto en un problema importante. Entonces, un equipo de científicos de la Universidad de Ciencias de Tokio, dirigido por el profesor Shinichi Komaba, decidió transitar por el camino menos fácil: se centraron en reemplazar el elemento agotable, es decir, el "litio" con mejores alternativas como el sodio y el potasio. 

El sodio y el potasio están en el mismo grupo de metales alcalinos en la tabla periódica de elementos, y su naturaleza química es, por lo tanto, bastante similar. Pero, a diferencia del litio, estos elementos son muy abundantes en la Tierra, y usarlos para desarrollar baterías recargables de alto rendimiento sería un gran avance hacia una sociedad más sostenible.

En 2014, el profesor Komaba, junto con el profesor M. Stanley Whittingham, quien ganó el Premio Nobel de Química en 2019, analizó el estado actual del desarrollo de las baterías de iones de sodio y publicó sus evaluaciones como una revisión. Este se convirtió en un estudio muy citado, con más de 2,000 citas solo en los últimos 5 años.  

El profesor Komaba y su equipo exploraron otra alternativa plausible a las LIB, las baterías de iones de potasio (KIB), que lentamente se han convertido en el foco de una extensa investigación desde 2015 después de ciertos estudios pioneros (por ejemplo, un estudio publicado en Nature Materialsen 2012), algunos de los cuales fueron realizados por el grupo de Komaba. El uso de potasio en las baterías es prometedor porque muestran un rendimiento comparable (o incluso mejor) que las LIB. Además, los materiales necesarios para construir KIB no son tóxicos y son mucho más abundantes que los necesarios para LIB.

El profesor Komaba afirma: "Al estudiar nuevos materiales para aplicaciones en baterías de iones de litio, sodio y potasio, queríamos desarrollar una tecnología de bajo consumo y respetuosa con el medio ambiente". 

Las funciones de las baterías recargables con potasio para una sociedad más sostenible en el futuro. Crédito: Universidad de Ciencias de Tokio.

Figura 1. Las funciones de las baterías recargables con potasio para una sociedad más sostenible en el futuro. Crédito: Universidad de Ciencias de Tokio.

En un esfuerzo notable por facilitar más investigación sobre las KIB, el grupo de investigación dirigido por el profesor Komaba analizó el funcionamiento de las KIB en gran detalle en una revisión exhaustiva publicada en Chemical Reviews. Su papel abarca todo lo relacionado con el desarrollo de la batería KIB, desde materiales catódicos y anódicos, varios electrolitos y hasta KIB totalmente sólidos, hasta dopaje de electrodos y aditivos electrolíticos. 

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Además, la revisión compara los diferentes materiales utilizados en las baterías de iones de litio, sodio y potasio. Siendo el único estudio que analiza exhaustivamente varios aspectos de las baterías recargables, podría resultar realmente útil para los investigadores actuales y futuros en la dirección correcta. Tener volúmenes exhaustivos de investigaciones pasadas sobre la tecnología KIB y toda la información adquirida condensada en un solo artículo es de gran valor para cualquier persona interesada en profundizar en este tema de investigación. 

Con suerte, el desarrollo continuo de tecnología basada en KIB traerá consigo un aumento en el uso de esta codiciada alternativa a los LIB. "Como lo demuestra la investigación intensiva reciente, los KIB son reconocidos como candidatos prometedores de baterías de próxima generación debido a sus características únicas, como la rentabilidad, el alto voltaje y el funcionamiento de alta potencia. Otras mejoras en el rendimiento de las KIB allanarían el camino por su aplicación práctica", explica el profesor Komaba. 

Sin embargo, la investigación sobre ciertos aspectos de las KIB, como su seguridad, ha sido limitada, y se debe enfocar en obtener más información sobre lo que está sucediendo física y químicamente entre los diferentes componentes y elementos. El profesor Komaba tiene esperanzas al respecto y concluye diciendo: "La investigación sobre las KIB, incluidos los materiales de electrodos, los electrolitos no acuosos / sólidos y los aditivos proporcionará nuevos conocimientos sobre las reacciones de los electrodos y los iónicos sólidos, abriendo nuevas estrategias que permitirían la creación de baterías de próxima generación". 

Su grupo de investigación también se ha centrado en los supercondensadores y las células de biocombustibles junto con las baterías LIB y las baterías de iones de sodio, que podrían encontrar funciones muy importantes en una sociedad más sostenible en el futuro. 

 

Noticia de: Phys.org / Traducción libre del inglés por WorldEnergyTrade

 

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