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Desarrollo de una batería acuosa de altas prestaciones basada en Zn-polímero

El desarrollo de baterías recargables seguras y rentables es vital para lograr reducir la huella de carbono en procesos y tecnologías de generación y almacenamiento de energía más sostenible. Sin embargo, casi todas las baterías comerciales, incluidas las tecnologías de iones de litio más eficientes, contienen elementos tóxicos, escasos o nocivos para el medio ambiente y, por lo tanto, difícilmente cumplen con los requerimientos de sostenibilidad a los que aspiramos como sociedad.

En la Unidad de Procesos Electroquímicos del Instituto IMDEA Energía se ha creado un equipo multidisciplinar de investigadores que incluye químicos orgánicos especializados en síntesis de polímeros, expertos en electroquímica y expertos en computación teórica para diseñar materiales sostenibles e integrarlos en baterías avanzadas. En este sentido, la batería acuosa de zinc-polímero que recientemente ha desarrollado IMDEA Energía y que se acaba de publicar en Advanced Energy Materials*, una de las revistas más prestigiosas del campo, cumple al mismo tiempo con los criterios de sostenibilidad y de prestaciones necesarios. Esta batería contiene un ánodo metálico de Zinc que es un elemento abundante y de alta capacidad, y un cátodo de origen orgánico basado en un polímero de la familia de los poli(catecoles). Además, la batería utiliza un electrolito acuoso e intrínsecamente seguro lo que hace a esta tecnología especialmente apta para aplicaciones de almacenamiento de energía a gran escala donde la seguridad y el coste son factores clave. El electrolito acuoso utilizado está basado en la sal Zn(TFSI)2 y supera las prestaciones de los electrolitos acuosos investigados hasta el momento demostrando una mejor compatibilidad tanto con el ánodo de zinc como con el cátodo de polícatecol, desarrollado también en los laboratorios de IMDEA Energía. En consecuencia, esta batería alcanza un voltaje de 1,1 V, y valores de capacidad muy altos de hasta 324 y 65 mAh g-1 a 1 C y 1350 C, respectivamente. Además de estas prestaciones obtenidas a temperatura ambiente, y que se mantienen durante un número muy elevado de ciclos, la batería es capaz de operar también a temperaturas tan bajas como –35 ∞C manteniendo una capacidad de 178 mAh g-1. Este comportamiento electroquímico es superior al de la mayoría de los sistemas desarrollados hasta el momento, lo que pone de manifiesto la importancia de este enfoque combinado para desarrollar baterías orgánicas avanzadas de alto rendimiento sin comprometer los objetivos de almacenamiento de energía sostenible.

(*) An Ultrahigh Performance Zinc‐Organic Battery using Poly(catechol) Cathode in Zn(TFSI) 2‐Based Concentrated Aqueous Electrolytes. Gallastegui, Patil, N.; Cruz, C.; Ciurduc, D.; Mavrandonakis, A.; Palma, J.; Marcilla, R. Adv. Energy Mater. 2021, 2100939, doi:10.1002/aenm.202100939.

Más información: Rebeca Marcilla, Investigadora Senior, rebeca.marcilla@imdea.org y Nagaraj Patil nagaraj.patil@imdea.org, Investigador postdoctoral, Unidad de Procesos Electroquímicos.

Métricas de rendimiento de la batería de zinc-poli (catecol) junto con una representación esquemática del comportamiento electroquímico tanto del cátodo (poli catecol en verde) y el ánodo (zinc metálico en rojo) en un electrolito acuoso optimizado de 4 m Zn (TFSI)2

Fecha: 
Martes, Julio 6, 2021