Cinco Baterías para la Tecnología de Mañana Bashny.Net

18 de febrero de 1745 en la ciudad italiana de Como nació Alessandro Giuseppe Atonio Anastasio Gerolamo Umberto Volta – el futuro inventor de la primera fuente química de corriente eléctrica.

Interesado en la investigación de la “electricidad animal” Galvani, Alessandro Volta hace muchos experimentos, el resultado de los cuales, finalmente, se convierte en su famosa "puerta de voltio" - batería eléctrica. Y Volta llamó a su primera batería un “fruto de tazas” – puso varias tazas llenas de una solución calentada de sal en un círculo. En cada uno de ellos dejó placas de diferentes metales. Las placas de copas adyacentes estaban conectadas por alambres de cobre... pero era muy poco práctico. Y así en 1799, en el laboratorio de Volta, nació un diseño extremadamente tecnológico y fiable de una fuente de corriente eléctrica directa - voltios de polos - en el lenguaje actual.

Así es como describe su invención: Puse sobre una mesa o sobre algún soporte una de las placas de metal, por ejemplo, plata, y en ella un zinc y luego un disco húmedo, etc. en el mismo orden. Zinc siempre debe seguir plata o viceversa, dependiendo de su ubicación en el primer par, y cada par es cambiado por un disco húmedo. De esta manera construyo desde estos suelos un pilar de tal altura que puede sostener sin caer.” Se probó una variedad de combinaciones de metales, y resultó que se colocan las mejores tazas "trabajadoras" de cobre y zinc, entre las cuales se coloca una almohadilla de cartón impregnada con alcalino potasio.

Gracioso: uno de los primeros consumidores del "pollo voltaico", que creó un voltaje de 60 a 70 V, fueron médicos que trataron a sus pacientes con descargas de rayos eléctricos. Las rayas estaban en corto suministro, y los que quieren someterse al procedimiento - al menos mucho. En Inglaterra, los pacientes pagaron entre 2 y 12 chelines por shock. Por supuesto, "la columna de voltios" fue "hurrah" ... Por cierto, cuando en 1801 llegó a París para demostrar a Napoleón Bonaparte sus experimentos eléctricos, su principal invención fue llamada: "Organismo eléctrico artificial imitando el órgano eléctrico natural de una anguila o un rayo". La demostración de los experimentos hizo a Napoleón encantado. Ordenó la mención de una medalla en honor de Volta, el establecimiento de un premio de 80 mil ecu, y posteriormente concedió a Volta el título de conteo y le hizo miembro del Real Senado de Italia.

En cierto sentido, Alessandro Volta puede compararse con un escalador que, en algún lugar allá arriba, empujó una rocalla, causando una enorme avalancha. Una avalancha de descubrimientos, invenciones, tecnologías hechas posibles por una simple circunstancia: una fuente confiable de electricidad apareció en manos de investigadores. Todo lo demás, como dicen, es una cuestión de talento y técnica. Hoy, en el cumpleaños de Alessandro Volta, echemos un vistazo a lo que sus sucesores actuales están haciendo 269 años después.

1. La batería más pequeña.
Este desarrollo de un grupo de investigadores en el Laboratorio Nacional de Sandia (USA) dirigido por Jianyu Huang (foto abajo) todavía no se considera como un prototipo de cualquier producto, pero le permite obtener una idea de las posibles densidades de energía almacenadas en baterías de litio.

La más pequeña de las baterías existentes de iones de litio se hizo sobre la base de nanofibras de óxido de estaño (cahoda) y óxido de cobalto (anodo). Utilizando el microscopio electron translúcido del Centro para la Nanotecnología del Departamento de Energía de los Estados Unidos, los investigadores pudieron observar en tiempo real los procesos de introducción de iones de litio en la celosía cristalina del nanoelectrodo y asegurarse de que los nanofibras puedan soportar enormes tensiones mecánicas (más de 10 GPa) durante la saturación con litio. La batería de alambre más pequeña del mundo tiene dimensiones: 10 μm de largo y 100 nm de diámetro. El voltaje operativo es 3.5 V, con una corriente del orden de picoamperes.

2. Impresión de la batería
“Print” en una pequeña batería de iones de litio de impresora 3D más pequeño de 1 mm manejado recientemente un grupo de investigadores en las universidades de Harvard e Illinois. Cabeza de impresión especial con un agujero de 30 μm forma capas de electrodos a una velocidad de 1 milímetro por segundo.

La cátodo de batería es un fosfato de hierro encendido, el ánodo es titanato de litio. Durante los experimentos se realizó una muestra de batería funcional, colocada en un caso plástico que contiene una pequeña gota de electrolito (imagen inferior).



3. orgánicos puros...
Desde las baterías más pequeñas, sigamos hacia los gigantes diseños de las últimas llamadas “Baterías de flujo” (imagen abajo – uno de estos dispositivos), diseñadas para almacenar energía generada por plantas solares, generadores de viento y centrales eléctricas utilizando la energía de mareas oceánicas. La idea principal de este tipo de baterías es almacenar energía no en electrodos, sino en un electrolito, que abre la posibilidad fundamental de crear almacenamiento energético para casi cualquier capacidad.

Las últimas noticias del campo de estas tecnologías se asocian con la creación de baterías de flujo que utilizan reacciones electroquímicas en el medio ambiente de compuestos orgánicos. Más recientemente, un grupo de científicos de la Universidad de Harvard liderado por Michael Aziz lanzó una batería de flujo basada en una solución acuosa de quinones (los investigadores brotan: estas sustancias son similares a las que la planta de rhubarb es tan rica).

La principal ventaja del nuevo diseño de baterías orgánicas sobre las existentes es una reducción significativa del costo de unidad. Mientras que los transbordadores electrolitos tradicionales cuestan alrededor de $700 / k Wh, la nueva batería de Harvard es de sólo $27/k Wh.

4. Vienen las startups...
Sólo el año pasado, más de una docena de start-ups en los Estados Unidos recibieron más de 1,5 millones de dólares en fondos para crear nuevos tipos de fuentes de corriente química. ¿En qué están trabajando ahora? Bueno, aquí hay uno.

El profesor de Startup Ambri en el Massachusetts Institute of Technology Don Sadoway está desarrollando una dirección en la que se planea crear un nuevo tipo de batería, que utiliza electrodos de metal líquido y electrolito de sal fundida.

Imprint Energy está trabajando duro para crear baterías ultrafinas y flexibles en papel fabricadas con tecnología de impresión de pantalla. Estos dispositivos utilizarán zinc en lugar de litio. Según se informa, los principales consumidores de las nuevas baterías serán dispositivos médicos utilizables. En la foto de abajo - una analogía "thicker" de este desarrollo de Apple.

Financiado por el programa ARPA-E de EE.UU., Pellion ha fijado sus vistas en una revisión total de todos los materiales de cátodo de batería posibles capaces de trabajar con un ánodo de magnesio. Para ello se ha creado un programa especial de simulación de ordenadores, que debe analizar más de 10.000 posibles pares electroquímicos.

La compañía Prieto Battery, creada por el profesor Aimee Prieto, tiene la intención de liberar una nueva batería de iones de litio basada en nanowires de cobre (anodo) y un electrolito de polímero sólido, que será capaz de cargar en 5 minutos, teniendo una capacidad 5 veces superior a la actual.

5. Y el olor de azufre...
Se creó una batería de consumo de energía récord basada en un par electroquímico inusual “litio – azufre” en el Laboratorio Nacional Lawrence de Berkeley. Si una batería convencional de iones de litio tiene una capacidad específica de aproximadamente 200 Wh / kg, entonces la nueva batería de litio-sulfur esta cifra alcanza 350 - 400 Wh / kg. En el caso de usar esta batería en un coche eléctrico, su gama será de unos 450 - 500 km sin recarga (contra 180 - 250 km en litio-ion de la misma masa).

La nueva batería también es capaz de soportar aproximadamente 1.500 ciclos de descarga de carga, que es 1,5 veces mayor que el de iones de litio. Tales características notables se lograron, entre otras cosas, debido al uso de un nuevo ánodo compuesto basado en un paquete de grafeno-sulfur.



Fuente: compulenta.computerra.ru/