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Batería de iones de zinc

Una batería de iones de zinc o batería de iones de Zn (abreviada como ZIB ) utiliza iones de zinc (Zn 2+ ) como portadores de carga . [1] Específicamente, los ZIB utilizan Zn como ánodo , materiales intercalantes de Zn como cátodo y un electrolito que contiene Zn . Generalmente, el término batería de iones de zinc se reserva para baterías recargables (secundarias), que a veces también se denominan baterías recargables de metal zinc (RZMB). [2] Por lo tanto, las ZIB son diferentes de las baterías no recargables (primarias) que utilizan zinc, como las baterías alcalinas o de zinc-carbono .

Historia

En 2011, el grupo de Feiyu Kang mostró por primera vez la inserción reversible de iones Zn en la estructura de túnel del anfitrión de dióxido de manganeso (MnO 2 ) de tipo alfa utilizado como cátodo en un ZIB. [3] [4]

La Universidad de Waterloo en Canadá posee derechos de patente sobre la tecnología de baterías de iones de zinc desarrollada en sus laboratorios. [5] [6] La empresa canadiense Salient Energy está comercializando la tecnología de baterías de iones de zinc. [7]

También se están desarrollando otras formas de baterías de zinc recargables para el almacenamiento estacionario de energía , aunque no son explícitamente de iones de zinc. Por ejemplo, Eos Energy Storage está desarrollando una batería de haluro de zinc en la que la reacción catódica implica la oxidación y reducción de haluros. [8] Eos Energy Storage está produciendo 1,5 GWh de baterías de zinc 'Made in America' para su uso en las redes eléctricas de Texas y California. [9] [10]

Investigación

Motivación y problemas.

En comparación con el metal de litio, un electrodo negativo de zinc tiene una mayor capacidad volumétrica teórica y abundancia natural. Dependiendo del electrodo positivo ZIB, estas ventajas teóricas también pueden existir en comparación con las baterías de iones de litio (LIB). Además, el zinc es más compatible con los electrolitos acuosos. Sin embargo, los ZIB generalmente muestran una eficiencia coulómbica (de carga) más baja que los LIB de última generación, mayores sobrepotenciales para enchapar y pelar el electrodo negativo y la posibilidad de falla dendrítica. [2] [11]

Química

Se están investigando electrolitos tanto acuosos como no acuosos como candidatos para ZIB. Se han considerado sales de zinc que utilizan TFSI o aniones triflato para electrolitos tanto acuosos como no acuosos. También se han considerado electrolitos acuosos a base de sulfato de zinc y KOH alcalino . [2] [11]

Hasta ahora, se han explorado varios materiales catódicos para ZIB, incluido MnO 2 de tipo gamma y delta , hexacianoferrato de cobre, óxido de bismuto, sulfuros en capas y análogos del azul de Prusia. [2] [12] [13] [14] Por ejemplo, en 2017, los investigadores informaron sobre un prototipo de batería de iones de zinc que tiene alta reversibilidad, velocidad y capacidad sin formación de dendritas. [15] El dispositivo utilizaba un ánodo de metal de zinc, un cátodo de óxido de vanadio (Zn 0,25 V 2 O 5 ⋅nH 2 O) y un electrolito acuoso , todos materiales no tóxicos. Después de 1.000 ciclos retuvo el 80% de su capacidad. La celda alcanzó una capacidad de hasta 300 mAh g −1 y una densidad de energía de ~450 Wh l −1 .

Ver también

Referencias

  1. ^ "Una batería económica, duradera y sostenible para el almacenamiento de energía en la red | KurzweilAI". www.kurzweilai.net . 2016-09-16 . Consultado el 2 de febrero de 2017 .
  2. ^ abcd Mamá, Lin; Schroeder, Marshall A.; Borodin, Oleg; Pollard, Travis P.; Ding, Michael S.; Wang, Chunsheng; Xu, Kang (2020). "Obtención de una alta reversibilidad del zinc en baterías recargables". Energía de la naturaleza . 5 (10): 743–749. Código Bib : 2020NatEn...5..743M. doi :10.1038/s41560-020-0674-x. ISSN  2058-7546. S2CID  221118342.
  3. ^ Estados Unidos 20120034515, Kang, Feiyu; XU, Chengjun & Li, Baohua, "Batería recargable de iones de zinc", publicado el 9 de febrero de 2012 
  4. ^ Xu, Chengjun; Li, Baohua; Du, Hongda; Kang, Feiyu (23 de enero de 2012). "Química energética de iones de zinc: la batería recargable de iones de zinc". Edición internacional Angewandte Chemie . 51 (4): 933–935. doi :10.1002/anie.201106307. ISSN  1521-3773. PMID  22170816.
  5. ^ Kundu, Dipan; Vajargah, Shahrzad Hosseini; Wan, Liwen; Adams, Brian; Prendergast, David; Nazar, Linda F. (18 de abril de 2018). "Baterías de iones de Zn acuosas versus no acuosas: consecuencias de la penalización por desolvatación en la interfaz". Energía y ciencias ambientales . 11 (4): 881–892. doi :10.1039/C8EE00378E. OSTI  1469689 - a través de pubs.rsc.org.
  6. ^ "Energía saliente de la Universidad de Waterloo". CBC .
  7. ^ "Encienda: la próspera escena de las baterías de Halifax atrae a empresas emergentes de Ontario". Noticias de Dalhousie .
  8. ^ "Consulta a las partes interesadas de la Asociación de Almacenamiento de Energía (ESP) 18 de noviembre de 2020 | ESMAP". esmap.org . Consultado el 20 de marzo de 2022 .
  9. ^ "Inicio". Empresas de energía Eos .
  10. ^ "1,5 GWh de baterías de zinc 'Made in America' se unen a las redes de Texas y California desde Eos Energy Storage". Noticias sobre almacenamiento de energía . 1 de septiembre de 2020.
  11. ^ ab Mamá, Lin; Schroeder, Marshall A.; Pollard, Travis P.; Borodin, Oleg; Ding, Michael S.; Sol, Ruimin; Cao, Longsheng; Hola, Janet; Panadero, David R.; Wang, Chunsheng; Xu, Kang (2020). "Factores críticos que dictan la reversibilidad del ánodo de zinc metálico". Materiales energéticos y medioambientales . 3 (4): 516–521. doi : 10.1002/eem2.12077 . ISSN  2575-0356.
  12. ^ Alfaruqi, Muhammad H.; Mateo, Vinod; Gim, Jihyeon; Kim, Sungjin; Canción, Jinju; Baboo, José P.; Choi, Sun H.; Kim, Jaekook (26 de mayo de 2015). "Transformación estructural inducida electroquímicamente en un cátodo de γ-MnO2 de un sistema de batería de iones de zinc de alta capacidad". Química de Materiales . 27 (10): 3609–3620. doi :10.1021/cm504717p. ISSN  0897-4756.
  13. ^ Alfaruqi, Muhammad Hilmy; Gim, Jihyeon; Kim, Sungjin; Canción, Jinju; Pham, Duong Tung; Jo, Jeonggeun; Xiu, Zhiliang; Mateo, Vinod; Kim, Jaekook (2015). "Un cátodo de nanoescamas de δ-MnO 2 en capas con alta capacidad de almacenamiento de zinc para aplicaciones de baterías ecológicas". Comunicaciones de Electroquímica . 60 : 121-125. doi :10.1016/j.elecom.2015.08.019.
  14. ^ Trócoli, Rafael; La Mantía, Fabio (01/02/2015). "Una batería acuosa de iones de zinc basada en hexacianoferrato de cobre". ChemSusChem . 8 (3): 481–485. doi :10.1002/cssc.201403143. ISSN  1864-564X. PMID  25510850.
  15. ^ Kundu, Dipan; Adams, Brian D.; Duffort, Víctor; Vajargah, Shahrzad Hosseini; Nazar, Linda F. (octubre de 2016). "Una batería acuosa de zinc recargable de alta capacidad y larga duración que utiliza un cátodo de intercalación de óxido metálico". Energía de la naturaleza . 1 (10): 16119. Código bibliográfico : 2016NatEn...116119K. doi :10.1038/nenergy.2016.119. OSTI  1469690. S2CID  99789580.