El diseño de esta batería de protones representa un gran paso hacia el almacenamiento de energía a gran escala.
Científicos australianos desarrollan nueva batería de protones, orgánica, ecológica y de alto rendimiento que podría ser clave para el futuro del almacenamiento de energía
6 diciembre, 2024
Científicos de UNSW Sídney han desarrollado un material orgánico, tetraamino-benzoquinona (TABQ), que permite almacenar protones y ha sido utilizado para crear una batería de protones recargable.
Baterías de protones: una opción innovadora para el futuro del almacenamiento energético
Un equipo de científicos de la Universidad de Nueva Gales del Sur (UNSW) en Sídney ha desarrollado un material orgánico innovador capaz de almacenar protones, lo que ha permitido la creación de una batería de protones recargable en laboratorio.
Al emplear iones de hidrógeno (protones) en lugar de litio, estas baterías podrían abordar desafíos clave del almacenamiento de energía moderna, como la escasez de recursos, el impacto ambiental, la seguridad y el costo. Este avance, publicado en la revista Angewandte Chemie, destaca que la batería no solo almacena energía rápidamente, sino que también tiene una larga vida útil y funciona eficazmente a temperaturas bajo cero.
El material base, tetraamino-benzoquinona (TABQ), desarrollado por Sicheng Wu y el profesor Chuan Zhao, en colaboración con UNSW Engineering y ANSTO, facilita el movimiento rápido de protones gracias a sus redes de enlaces de hidrógeno. Según el profesor Zhao, este avance representa una solución innovadora y sostenible para el almacenamiento energético.
Fundamentos de las baterías
Las baterías convierten energía química en eléctrica mediante reacciones entre dos electrodos: el ánodo y el cátodo, conectados por un electrolito que transporta los iones.
Las más comunes son las baterías de iones de litio, que se utilizan en productos cotidianos como teléfonos móviles, laptops y vehículos eléctricos. Sin embargo, su producción implica grandes cantidades de agua y energía, además de que su reciclaje es complicado. Asimismo, el litio es un recurso limitado y distribuido de forma desigual en el planeta, lo que encarece su acceso y dificulta su disponibilidad global.
Entre los inconvenientes de estas baterías también se incluyen:Limitaciones en aplicaciones de carga rápida.
Poca eficiencia a bajas temperaturas.
Problemas de seguridad debido a su electrolito inflamable.
Alternativas a las baterías de litio: las baterías de protones
Las baterías de protones se presentan como una alternativa emergente y sostenible a las baterías de litio. Los protones, debido a su menor masa y radio iónico, se difunden rápidamente, lo que permite que estas baterías tengan alta densidad de energía, cero emisiones de carbono y tiempos de carga rápidos. Además, el hidrógeno es un recurso abundante y económico.
A pesar de sus beneficios, los materiales de electrodos actuales para baterías de protones, tanto orgánicos como metálicos, son costosos y pesados. Para superar estas limitaciones, los investigadores han desarrollado un material anódico basado en TABQ.
Creación de un material anódico innovador
El potencial redox, crucial en electroquímica, influye directamente en el rendimiento de una batería. En el caso del TABQ, reemplazar grupos cloro por grupos amino mejoró significativamente su capacidad de almacenamiento de protones y redujo su potencial redox, haciéndolo apto como material para ánodos.
Aunque actualmente su producción no es económica, el TABQ está compuesto por elementos ligeros y abundantes, lo que sugiere que podría fabricarse a bajo costo a gran escala en el futuro.
Pruebas del prototipo: resultados prometedores
Al combinar un ánodo de TABQ con un cátodo de tetrachloro-benzoquinona (TCBQ), el prototipo de batería orgánica mostró:Larga vida útil: 3.500 ciclos de carga y descarga completas.
Alta capacidad.
Buen rendimiento en condiciones de frío extremo.
Además, el electrolito acuoso utilizado hace que la batería sea ligera, segura y accesible, superando las preocupaciones asociadas con los electrolitos inflamables de las baterías de litio.
Implicaciones futuras
El diseño de esta batería de protones representa un gran paso hacia el almacenamiento de energía a gran escala. Actualmente, no existen soluciones viables y seguras para integrar energías renovables en redes eléctricas mediante baterías de litio debido a su costo y riesgos. En este contexto, las baterías de protones podrían ser la clave para avanzar en la sostenibilidad energética.
El equipo investigador tiene como próximo objetivo perfeccionar los materiales catódicos para aumentar el rango de potencial redox y, en consecuencia, la salida de voltaje de las baterías. Este trabajo no solo impactará el sector energético, sino que también abre la posibilidad de aplicaciones más amplias, como el almacenamiento de hidrógeno en forma de protones. Esto facilitaría su transporte y almacenamiento, superando barreras actuales en la industria del hidrógeno.
Las baterías de protones representan una solución innovadora que podría transformar el panorama energético global. Su bajo costo, alta seguridad y rendimiento eficiente las convierten en una opción prometedora para potenciar la integración de energías renovables y avanzar hacia un futuro más sostenible.
Vía www.unsw.edu.au
___________
Fuente:
