Las baterías a base de flúor pueden durar 8 veces más que las que se utilizan actualmente

• Imagínese cargar su computadora portátil y su teléfono solo dos veces al mes.
• Las baterías basadas en iones de flúor con carga negativa pueden hacer esto posible.
• Por primera vez, los investigadores han creado una batería recargable a base de fluoruro que funciona correctamente a temperatura ambiente.

La búsqueda de baterías que ofrezcan una alta densidad de energía necesaria para cumplir con los requisitos de los dispositivos modernos aumenta continuamente. La densidad de energía depende del número de electrones transmitidos en una reacción, la diferencia de potencial entre el ánodo y el cátodo, el volumen de la celda y la constante de Faraday.

Teniendo en cuenta todos estos factores, los investigadores del Instituto de Tecnología de California han desarrollado un nuevo método para fabricar baterías recargables basadas en fluoruro, un ion de flúor cargado negativamente.

La tecnología tiene el potencial de eliminar la necesidad de cargar su computadora portátil o teléfono todos los días. De hecho, podría reducir este requisito a solo dos veces al mes. Dado que la densidad de energía en las baterías de fluoruro es relativamente más alta que en las baterías de iones de litio, podría funcionar hasta 8 veces más. Sin embargo, son extremadamente reactivos, corrosivos y difíciles de trabajar.

Baterías de fluoruro investigables

Esta no es la primera vez que alguien experimenta con baterías de fluoruro. En la década de 1970, los científicos intentaron desarrollar baterías recargables a base de fluoruro utilizando módulos sólidos. Pero dado que las baterías de estado sólido requieren altas temperaturas para funcionar correctamente, no se pueden usar para fines diarios.

Ahora, los investigadores han descubierto una forma de hacer que estas baterías funcionen a temperatura ambiente, utilizando módulos líquidos. Pudieron fabricar la primera batería recargable a base de fluoruro que funciona correctamente a temperatura ambiente.

La batería proporciona corrientes eléctricas mediante la deriva de iones entre el electrodo del cátodo (positivo) y del ánodo (negativo). En una solución líquida (utilizada en baterías de litio), los iones se desplazan más fácilmente a temperatura ambiente.

Referencia:ScienceMag | doi:10.1126 / science.aat7070 | Caltech

Mientras que las baterías de litio usan iones positivos (cationes), la batería de fluoruro desarrollada en este estudio tiene una carga negativa (aniones). Hay varias ventajas de usar aniones en baterías, pero tienen sus propios desafíos.

Cargue los átomos que viajan entre el ánodo y el cátodo con la ayuda de una solución líquida de electrolitos | Crédito:Brett Savoie / Purdue University

Para que las baterías duren más, es necesario mover una gran cantidad de iones. Mover iones de carga positiva (cationes) es bastante difícil, pero se puede obtener un resultado similar moviendo iones negativos (aniones), que viajan con relativa facilidad. El principal desafío con este mecanismo es hacer que el sistema funcione con el voltaje adecuado.

Resultados

En este estudio, los investigadores demostraron que las reacciones de conversión de fluoruro multivalente tienen potenciales de reacción termodinámicos altos (más de 3 voltios) y capacidades volumétricas (más de 1000 Ah / litro). Por lo tanto, las baterías de fluoruro proporcionan densidades de energía teóricas de hasta 5000 Wh / litro, al menos 8 veces los valores teóricos de las tecnologías de iones de litio existentes.

El componente clave que hizo que las baterías de fluoruro funcionaran correctamente en un líquido (en lugar de un sólido) es un electrolito líquido llamado bis (2,2,2-trifluoroetil) éter, (BTFE para abreviar). Mantiene el ión de fluoruro estable para que pueda mover fácilmente los electrones hacia adelante y hacia atrás en la batería.

Ion fluoruro (rosa) rodeado por moléculas de BTFE | Crédito:Brett Savoie / Purdue University

Pero, ¿por qué funcionó esta solución? ¿Qué característica del BTFE fue estabilizar el fluoruro? Para encontrar la respuesta, los investigadores utilizaron la ayuda de simulaciones por computadora. Modificaron la solución BTFE y descubrieron que se puede mejorar su estabilidad y rendimiento modificándola con aditivos.

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Los resultados muestran que los investigadores han descubierto una técnica interesante para desarrollar baterías de mayor duración. No será incorrecto decir que las baterías de fluoruro están regresando.