La primera batería de CO2-litio del mundo es neutra en carbono, totalmente recargable y con hasta 500 ciclos de carga

Las baterías de dióxido de carbono y litio son sistemas de almacenamiento de energía atractivos porque tienen una densidad de energía específica que es más de siete veces mayor que las baterías de iones de litio comúnmente utilizadas. Sin embargo, hasta ahora, los científicos no han podido desarrollar un prototipo totalmente recargable, a pesar de su potencial para almacenar más energía.

Los investigadores de la Universidad de Illinois en Chicago son los primeros en demostrar que las baterías de dióxido de carbono y litio pueden diseñarse para funcionar de manera totalmente recargable, y han probado con éxito un prototipo de batería de dióxido de carbono y litio que ejecuta hasta 500 ciclos consecutivos de carga y recarga.

Sus hallazgos se publican en la revista Advanced Materials.

Amin Salehi
Amin Salehi-Khojin

«Las baterías de dióxido de carbono y litio han sido atractivas durante mucho tiempo, pero en la práctica, hasta ahora no hemos podido obtener una que sea realmente eficiente», dijo Amin Salehi-Khojin, profesor asociado de ingeniería mecánica e industrial en el Colegio de Ingenieria.

Tradicionalmente, cuando una batería de dióxido de carbono y litio se descarga, produce carbonato de litio y carbono. El carbonato de litio se recicla durante la fase de carga, pero el carbono simplemente se acumula en el catalizador, lo que finalmente conduce a la batería al fracaso.

«La acumulación de carbono no solo bloquea los sitios activos del catalizador y evita la difusión del dióxido de carbono, sino que también desencadena la descomposición de electrolitos en un estado cargado», dijo Alireza Ahmadiparidari, primera autora del artículo y estudiante de posgrado de la Facultad de Ingeniería de la UIC.

Salehi-Khojin y sus colegas utilizaron nuevos materiales en su batería experimental de dióxido de carbono para alentar el reciclaje completo tanto de carbonato de litio como de carbono. Utilizaron disulfuro de molibdeno como catalizador de cátodo combinado con un electrolito híbrido para ayudar a incorporar carbono en el proceso de ciclado.

Específicamente, su combinación de materiales produce un único compuesto de productos de múltiples componentes en lugar de productos separados, lo que hace que el reciclaje sea más eficiente.

«Nuestra combinación única de materiales ayuda a fabricar la primera batería de dióxido de carbono y litio neutro en carbono con mucha más eficiencia y vida útil duradera, lo que permitirá su uso en sistemas avanzados de almacenamiento de energía», dijo Salehi-Khojin.

Los cálculos teóricos realizados por el grupo del Dr. Larry Curtiss en el Laboratorio Nacional Argonne se usaron para deducir un mecanismo para el funcionamiento reversible de la batería.