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2 noviembre 2015 1 02 /11 /noviembre /2015 21:45

'Ultimate' battery prototpe: Lithium, oxygen and graphene ...

bgr.com/.../ultimate-battery-lithium-oxygen-graphen...

 - University of Cambridge researchers create new battery technology for first time ever. By Chris ... Ultimate Battery Lithium Oxygen Graphene 

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Ultimate Battery Lithium Oxygen Graphene
 
Image Source: Tao Liu, Gabriella Bocchetti and Clare P. Grey

 

La batería de litio-oxígeno prototipo de Cambridge se basa en un electrodo altamente poroso de carbono hecho de grafeno, que incluye hojas de átomos de carbono de un átomo de espesor, y aditivos que alteran las reacciones químicas en el trabajo en la batería, por lo que es más estable y eficiente.

 

Desarrollan una batería experimental que puede recargarse 2.000 veces

 

31 Octubre 2015 - Su alta densidad energética es comparable a la de la gasolina y permitiría que un coche eléctrico fuese de Londres a Edimburgo con una sola carga, o alargar durante días el uso de un smartphone sin recargarlo

Científicos del departamento de química y del Centro de Grafeno de la Universidad de Cambridge han logrado superar en laboratorio muchas de las barreras en el desarrollo de baterías de litio-aire. Sus resultados ocupan hoy la portada de la revista "Science".

El equipo, liderado por Tao Liu, ha desarrollado un prototipo de batería de litio-oxígeno (o litio-aire) de muy alta densidad energética –con un 90 por ciento de eficiencia– y que puede recargarse más de 2.000 veces.

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Densidad energética diez veces mayor

Este tipo de baterías son consideradas como las baterías del futuro, debido a su densidad de energía teórica, que es diez veces mayor que la de una de iones de litio. Esta alta densidad energética es comparable a la de la gasolina y, según los autores del trabajo, permitiría que un coche eléctrico pudiera hacer la ruta de Londres a Edimburgo con una sola carga.

Las tecnologías que usamos a diario son más pequeñas, rápidas y baratas cada año, con excepción de las baterías. La futura generación de estas baterías permitiría, por ejemplo, alargar durante días el funcionamiento de los smartphones sin necesidad de recargarlos. Pero hay dos retos más importantes que podrían mejorar con el avance en esta área de investigación: los vehículos eléctricos y la red de almacenamiento a gran escala de la energía solar.

 

“En su forma más simple, las baterías están hechas de tres componentes: un electrodo positivo, un electrodo negativo y un electrolito”, dice Liu Tao, autor principal del trabajo. “En las baterías ion de litio (Li-ion) que utilizamos en nuestros ordenadores portátiles y teléfonos inteligentes, el electrodo negativo es de grafito, el positivo está hecho de un óxido de metal, como óxido de litio cobalto, y el electrolito es una sal de litio disuelta en un disolvente orgánico. La acción de la batería depende del movimiento de los iones de litio entre los electrodos. Las baterías de iones de litio se deterioran con el tiempo y sus densidades de energía, relativamente bajas, implican que necesitan ser recargadas con frecuencia”, agrega.

 

Las baterías de litio-aire son consideradas lo último en almacenamiento y la solución a estos problemas. Sin embargo, en anteriores intentos, los prototipos habían tenido una tasa de rendimiento pobre, reacciones químicas no deseadas, y solo podía funcionar con oxígeno puro.

 

Sin embargo, hasta ahora había demasiadas dificultades para su desarrollo. Su diseño implica un electrodo negativo de metal de litio, un electrolito no acuoso y un electrodo positivo, que funcionen de forma concertada. En algunos diseños, durante la descarga, la formación de peróxido de litio compite con varias reacciones secundarias indeseables que atacan al electrolito, reduciendo la eficacia global de la batería.

Ahora, los investigadores han demostrado cómo algunos de estos obstáculos pueden superarse. Su prototipo se basa en un electrodo altamente poroso de carbono hecho de grafeno, que incluye hojas de átomos de carbono de un átomo de espesor, y aditivos que alteran las reacciones químicas en el trabajo en la batería, por lo que es más estable y eficiente.

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Eficiencia del 93 por ciento

En esta ocasión, el equipo ha utilizado una química muy diferente, basándose en hidróxido de litio (LiOH) en lugar de peróxido de litio (Li2O2). Con la adición de agua y el uso de yoduro de litio como un ‘mediador’, la nueva batería muestra menos reacciones químicas que pueden causar deterioro y resulta mucho más estable tras múltiples ciclos de carga y descarga.

Mediante una ingeniería precisa de la estructura del electrodo, cambiándolo a una forma altamente porosa de grafeno, añadiendo yoduro de litio, y modificando la composición química del electrolito, los investigadores han logrado reducir la diferencia de potencial entre la carga y descarga de 0,2 voltios. Una brecha de tensión más pequeña equivale a una batería más eficiente –las versiones anteriores de una batería de litio-aire solo habían conseguido reducirla entre 0,5 y 1,0 voltios, mientras que 0,2 voltios es un valor más cercano al de una batería de Li-ion, y equivale a un eficiencia energética de 93%.

Aunque los resultados son prometedores, los autores advierten que una batería de litio-aire práctica sigue estando al menos a una década de distancia.

“No hemos resuelto todos los problemas inherentes a la química de estas baterías, pero nuestros resultados sí nos acercan a un dispositivo práctico”, concluye la profesora de investigación Clare Grey, directora del equipo y coautora del estudio.

 

Una batería experimental de litio-aire que se recarga 2.000 ...

www.publico.es/ciencias/bateria-experimental-litio-aire-recarga.html

Aunque los resultados son prometedores, los autores advierten que una batería de litio-oxígeno (o litio-aire) práctica sigue estando al menos a una década de distancia. Hasta ahora los prototipos habían tenido una tasa de rendimiento pobre, reacciones químicas no deseadas, y solo podía funcionar con oxígeno puro.

“No hemos resuelto todos los problemas inherentes a la química de las baterías de litio-aire, pero nuestros resultados sí nos acercan a un dispositivo práctico”, remarca la profesora Clare Grey, directora del equipo y coautora del estudio.

Las baterías de litio-oxígeno (o litio-aire) son consideradas como las baterías del futuro, debido a su densidad de energía teórica, que es diez veces mayor que la de una de iones de litio. Esta alta densidad energética es comparable a la de la gasolina y, según los autores del trabajo, permitiría que un coche eléctrico pudiera hacer la ruta de Londres a Edimburgo con una sola carga.

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Schematic of lithium-air battery charge and discharge cycles

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Although the electrochemical details vary by battery design (and related electrolyte type), in general, lithium is oxidized at the anode forming lithium ions and electrons. The electrons follow the external circuit to do electric work and the lithium ions migrate across the electrolyte to reduce oxygen at the cathode. When an externally applied potential is greater than the standard potential for the discharge reaction, lithium metal plates onto the anode and O2 is generated at the cathode.[16]

 

The lithium-air batteryLi-air for short, is a metal-air battery chemistry that uses oxidation of lithium at the anode and reduction of oxygen at the cathodeto induce a current flow.[1] It is an all-solid-state battery.

Originally proposed in the 1970s as a possible power source for battery electric vehicles, Li-air batteries recaptured scientific interest in the late 2000s due to advances in materials technology and an increasing demand for renewable energy sources.

The major appeal of the Li-air battery is the extremely high specific energy, a measure of the amount of energy a battery can store for a given weight. A lithium-air battery has an energy density (per kilogram) comparable to gasoline. Li-air batteries gain this advantage in specific energy since they use oxygen from the air instead of storing an oxidizer internally.

The technology requires significant advances in multiple fields before a viable commercial implementation can be developed.[2] Four approaches are active: aprotic,[3][4] aqueous,[5] solid state,[6] and mixed aqueous/aprotic.[7]

Metal-air batteries, specifically zinc-air, have received attention due to the potential for high energy densities. The theoretical specific energy densities for metal-air batteries are higher than for ion-based approaches, due to the use of atmospheric oxygen as the cathode, eliminating a traditional cathode structure. Recently, lithium-air batteries have been proposed as the next step in lithium battery architecture, due to the high energy density of lithium with respect to air (3840 mA·h/g).[8]

A major driver in lithium-air battery development is the automotive sector. 

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https://en.wikipedia.org/wiki/Lithium-air_battery

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Published by Malcolm Allison H malcolm.mallison@gmail.com - en Ciencias Innovación Tecnología
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  • : Ecología y sostenibilidad socioambiental, énfasis en conservación de ríos y ecosistemas, denuncia de impacto de megaproyectos. Todo esto es indesligable de la política y por ello esta también se observa. Ecology, social and environmental sustainability, emphasis on conservation of rivers and ecosystems, denounces impact of megaprojects. All this is inseparable from politics, for it, the politics is also evaluated.
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  • Malcolm Allison H malcolm.mallison@gmail.com
  • Biólogo desde hace más de treinta años, desde la época en que aún los biólogos no eran empleados de los abogados ambientalistas. Actualmente preocupado …alarmado en realidad, por el LESIVO TRATADO DE(DES)INTEGRACIÓN ENERGÉTICA CON BRASIL
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