El nuevo enfoque supera el principal obstáculo para la comercialización de baterías de flujo orgánico

El nuevo enfoque supera el principal obstáculo para la comercialización de baterías de flujo orgánico


18 de junio de 2022

(Noticias de Nanowerk) Investigadores de la Universidad de Cambridge y la Universidad de Harvard han desarrollado un método para prolongar drásticamente la vida útil de las baterías orgánicas de flujo acuoso y mejorar la viabilidad comercial de una tecnología que tiene el potencial de generar energía de forma segura y económica a partir de fuentes renovables como la eólica y la solar. ahorrar .

El proceso funciona un poco como un marcapasos, descargando periódicamente el sistema que revitaliza las moléculas descompuestas en las baterías. Sus hallazgos publicados en la revista química natural («Recomposición electroquímica in situ de especies activas redox descompuestas en baterías de flujo orgánico acuoso»), mostró una vida útil neta 17 veces mayor que la investigación anterior.

«Las baterías orgánicas acuosas de flujo redox prometen reducir significativamente el costo de almacenar electricidad de fuentes de energía intermitentes, pero la inestabilidad de las moléculas orgánicas ha dificultado su comercialización», dijo el coautor Michael Aziz de Harvard. «Ahora tenemos una solución realmente práctica para extender la vida útil de estas moléculas, lo cual es un gran paso para hacer que estas baterías sean competitivas».

Durante la última década, los investigadores han desarrollado baterías orgánicas de flujo acuoso que utilizan moléculas conocidas como antraquinonas, compuestas de elementos naturales como el carbono, el hidrógeno y el oxígeno, para almacenar y liberar energía.

En el curso de su investigación, el equipo descubrió que estas antraquinonas se degradan lentamente con el tiempo, independientemente de la frecuencia con la que se use la batería.

En trabajos anteriores, los investigadores descubrieron que al exponer la molécula al aire, podían extender la vida útil de una de estas moléculas, llamada DHAQ pero denominada «zombie quinona» en el laboratorio. El equipo descubrió que cuando la molécula se expone al aire en la parte correcta de su ciclo de carga y descarga, toma oxígeno del aire y se convierte de nuevo en la molécula de antraquinona original, como si regresara de entre los muertos.

Sin embargo, exponer el electrolito de una batería al aire de manera regular no es práctico, ya que desequilibra los dos lados de la batería: ambos lados de la batería ya no se pueden cargar por completo al mismo tiempo.

Para encontrar un enfoque más práctico, los investigadores desarrollaron una mejor comprensión de cómo se descomponen las moléculas e inventaron una forma eléctrica de revertir el proceso.

Investigadores del grupo de la profesora Clare Gray en el Departamento de Química de Yusuf Hamied en Cambridge realizaron mediciones de resonancia magnética nuclear (RMN) in situ, esencialmente «IRM para baterías», y descubrieron la recomposición de materiales activos a través de un método eléctrico llamado descarga profunda.

El equipo encontró que cuando realizaron una descarga profunda, en la que los polos positivo y negativo de la batería se descargan de modo que la diferencia de voltaje entre los dos se vuelve cero, y luego la polaridad de la batería se invierte, haciendo que el lado positivo sea negativo y Al forzar el lado negativo del lado positivo, se creó un pulso de voltaje que podría restaurar las moléculas en descomposición a su forma original.

«Por lo general, cuando se utilizan baterías, desea evitar descargarlas por completo porque tiende a dañar sus componentes», dijo el coautor Yan Jing de Harvard. «Pero descubrimos que esta descarga extrema, donde en realidad invertimos la polaridad, puede volver a juntar estas moléculas, lo cual fue una sorpresa».

«Alcanzar un porcentaje de pérdidas de un solo dígito por año realmente permite una comercialización generalizada, ya que no hay una gran carga financiera para recargar sus tanques un pequeño porcentaje cada año», dijo Aziz.

El equipo de investigación también demostró que este enfoque funciona para una variedad de moléculas orgánicas. Luego, planean investigar hasta dónde pueden extender la vida útil de DHAQ y otras antraquinonas económicas que se han utilizado en estos sistemas.

«Lo más sorprendente y hermoso para mí es que esta molécula orgánica puede transformarse de una manera tan compleja que ocurren múltiples reacciones químicas y electroquímicas de manera simultánea o secuencial», dijo el coautor principal, el Dr. Evan Wenbo Zhao, quien llevó a cabo el trabajo mientras residía en Cambridge y ahora reside en la Universidad Radboud Nijmegen en los Países Bajos. «Sin embargo, somos capaces de filtrar muchas de estas reacciones y dejarlas proceder de una manera controlada que favorece el funcionamiento de una batería de flujo redox».



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