Un equipo de investigación liderado por Wang Chunsheng, profesor del Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular de la Universidad de Maryland, ha logrado avances significativos en el desarrollo de electrolitos para baterías acuosas. Su trabajo se centra en un nuevo sistema de electrolito diseñado para superar las barreras técnicas que han limitado el almacenamiento de energía acuosa durante años.

La innovación, publicada el 8 de abril en la revista Nature Nanotechnology, promete cerrar la brecha entre las baterías acuosas más comunes, como las de plomo-ácido y níquel-hidruro metálico, y las de ion de litio, que son más avanzadas en términos de eficiencia y rendimiento.

"Hemos desarrollado electrolitos de bi-capa acuosa/orgánica sin membrana, reduciendo la resistencia interfacial y la mezcla entre las fases acuosa y orgánica mediante la adición de ionóforos super-litofílicos," explicó el Dr. Zhang Xiyue, primer autor del estudio.

Los electrolitos acuosos están ganando popularidad debido a su seguridad inherente y su impacto ambiental menor, posicionándolos como candidatos fuertes para el almacenamiento de energía del futuro. Sin embargo, un problema persistente era la limitada ventana de estabilidad electroquímica, que restringía tanto el voltaje operativo como la densidad de energía de las baterías de este tipo.

A pesar de que investigaciones anteriores de Wang lograron aumentar la ventana de estabilidad de un electrolito acuoso a 3.0 V en 2015, todavía existían problemas con su compatibilidad con ánodos de litio metálico de alta energía y grafito.

Para abordar esta cuestión, el equipo de investigación desarrolló un sistema innovador de electrolitos que puede operar en un rango de voltaje de 0.0 a 4.9 V. Esta mejora supera las limitaciones de los electrolitos acuosos, que generalmente tienen un límite de potencial de reducción entre 1.3 V y 0.0 V, permitiendo así la creación de baterías acuosas con alta densidad de energía.

Las pruebas del modelo de batería que incorpora este nuevo sistema de electrolitos mostraron un rendimiento estable después de más de 2,000 ciclos, indicando una durabilidad excepcional a largo plazo.

Esta tecnología tiene un potencial considerable para diversas aplicaciones, desde la aviación eléctrica hasta el almacenamiento de energía a gran escala con bajas emisiones de carbono, e incluso la extracción de litio del agua de mar.

Wang y Zhang también publicaron recientemente una revisión en la revista Advanced Materials, que detalla los principios y métricas cruciales para el diseño de electrolitos acuosos, abordando los desafíos científicos actuales y sugiriendo estrategias innovadoras para el futuro.

En conjunto, estos descubrimientos no solo avanzan el enfrentamiento del desarrollo de electrolitos acuosos, sino que también establecen una base teórica y tecnológica esencial para la construcción de sistemas de almacenamiento de energía seguros y de alta densidad para la próxima generación.