Las baterías a base de soluciones acuosas pueden reemplazar a las convencionales | AGÊNCIA FAPESP

En un artículo de revisión, científicos de la Universidad de São Paulo mostraron las ventajas de esta opción tecnológica, mucho más barata y no tóxica [imagen de microscopía de transmisión electrónica de partículas de trifosfato de dititanio y sodio antes (A y B) y después (C y D) de 421 ciclos de carga y descarga galvanostática a una tasa de C/5 (carga/ descarga total en cinco horas)/ Current Opinion in Electrochemistry]

Las baterías a base de soluciones acuosas pueden reemplazar a las convencionales

23 de abril de 2020

Por José Tadeu Arantes  |  Agência FAPESP – Los denominados “electrolitos de agua en sal” (water-in-salt electrolytes), soluciones acuosas de electrolitos altamente concentradas, pueden erigirse como una alternativa a las soluciones a base de solventes orgánicos que actualmente se utilizan en las baterías de automóviles y en otros dispositivos electroquímicos. Su abundancia (y, por ende, su bajo costo) y su no toxicidad constituyen factores clave en esta aplicación. Esta es la conclusión que surge del artículo de revisión intitulado Water-in-salt electrolytes for high voltage aqueous electrochemical energy storage devices, publicado en el periódico Current Opinion in Electrochemistry por Vitor Leite Martins y Roberto Manuel Torresi, ambos investigadores del Instituto de Química de la Universidad de São Paulo, en Brasil. 
 
Este trabajo se llevó acabo en marco del posdoctorado de Leite Martins, bajo la supervisión de Torresi, como parte del Proyecto Temático intitulado La optimización de las propiedades fisicoquímicas de materiales nanoestructurados y sus aplicaciones en reconocimiento molecular, catálisis y conversión y almacenamiento de energía, coordinado por Torresi, ambos con el apoyo de la FAPESP.
 
“La expresión ‘electrolitos de agua en sal’ hace referencia a soluciones con una altísima concentración de sal en una cantidad muy pequeña de agua. El agua es suficiente únicamente para disolver los iones, es decir, para promover la solvatación. Pero no existe agua libre en el sistema, tal como sucede en las soluciones comunes”, declaró Torresi a Agência FAPESP.
 
El investigador informó que esto solamente puede suceder cuando las moléculas de sal que han de disolverse están compuestas por un anión muy grande y un catión muy pequeño. Este es el caso del bis (trifluorometano) sulfonamida de litio (CF3SO2NLiSO2CF3), por ejemplo. Lo propio no ocurre con el cloruro de sodio (NaCl), la sal de mesa común, cuyas moléculas que poseen un catión y un anión de tamaños muy similares.
 
“Como no existe agua libre en esa solución ultraconcentrada, la electrólisis del agua, que produce hidrógeno y oxígeno, se vuelve mucho más difícil. Por eso, aun cuando el sistema posea agua, la ventana de estabilidad electroquímica de la solución es mucho mayor”, afirmó Torresi.
 
De este modo, esta innovadora propuesta tecnológica a base de una alta concentración de sal en agua aporta grandes ventajas al comparársela con la tecnología convencional, en la cual se emplea sal disuelta en compuestos orgánicos. Pese a ello, el uso tecnológico de los “electrolitos de agua en sal” también reviste algunas dificultades. “La primera reside en que, al tener poquísima agua, esta solución, altamente higroscópica, tiende a captar la humedad del ambiente y alterar su contenido de agua. Y la segunda consiste en que la solución acuosa ultraconcentrada posee un fuerte poder corrosivo”, ponderó Torresi.
 
La propensión a captar humedad del ambiente es algo que los solventes orgánicos también poseen. Y es uno de los motivos por los cuales las baterías convencionales deben ser blindadas. Hasta ese punto, las cosas quedan empatadas. En cuanto al carácter corrosivo, esto realmente constituye una desventaja, pues los solventes orgánicos que se emplean en las actuales baterías actuales prácticamente no atacan a los electrodos, que son los únicos componentes metálicos de estos dispositivos.
 
Con todo, según el investigador, este inconveniente no debe sobrestimarse. “La corrosión constituyó un gran problema durante décadas. Pero hoy en día sabemos cómo trabajar con los colectores de corriente eléctrica. Con algunas adaptaciones, no será difícil afrontar el problema de la corrosión en una eventual batería acuosa”, dijo. 
 
Puede leerse el artículo intitulado Water-in-salt electrolytes for high voltage aqueous electrochemical energy storage devices en el siguiente enlace: www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S245191032030013

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