tarea 1 de evaluacion de proyectos
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCO
FACULTAD DE INGENIERIA: ELÉCTRICA, ELECTRÓNICA, MECÁNICA E INFORMATICA Y SISTEMAS
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELÉCTRICA
Curso : Evaluación de Proyectos de Ingeniería
Docente : Clemente Cuba Huamani
Alumnos : Fernando Lozano Inca
Semestre : 2015-II
Fecha : 18 de Octubre del 2015
CUSCO-PERU
2015
INVESTIGACION: ANALISIS COMPARATIVO DE CARGA
ULTRARAPIDA DE BATERIAS
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Tras 30 años de investigación las baterías recargables de ión aluminio empiezan a ser una
alternativa a bajo costo de las de ión litio. Se publica en Nature una batería con alta velocidad
de recarga que usa un ánodo de aluminio y un cátodo de espuma de grafito pirolítico. Tiempos
de recarga de un minuto (ultrarrápido) con una densidad de energía de 40 Wh/kg (similar a las
baterías actuales), una alta potencia de unos 3000 W/kg (similar a un supercondensador) y
capaz de soportar más de 7500 ciclos de carga/descarga.
Estas nuevas baterías recargables de ión aluminio tienen un futuro muy prometedor. El artículo
técnico es Meng-Chang Lin et al., “An ultrafast rechargeable aluminium-ion battery,” Nature,
AOP 06 Apr 2015.
INVESTIGACION
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El nuevo trabajo propone celdas de Al/grafito que operan a 25 ºC. El ánodo es una lámina de
aluminio con un espesor entre 15 y 250 micras, el cátodo es una espuma tridimensional de
grafito pirolítico y como electrolito se usa el líquido iónico AlCl3/[EMIm]Cl (donde [EMIm]Cl
significa cloruro de 1-etil-3-metilimidazolio). Durante la descarga en el ánodo los iones
AlCl4– se transforman en Al2Cl7
– y durante la carga se produce la reacción inversa. En el
cátodo, durante la carga los iones AlCl4– se intercalan entre las capas de grafito y durante la
descarga se entresacan (desintercalan).
Las celdas de Al/grafito (basadas en espuma de grafito) muestran un comportamiento en carga
y descarga realmente impresionante por su gran estabilidad.
INVESTIGACION
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Pero quizás lo más impresionante es que el tiempo de recarga es de sólo un minuto para 5000
mA/g. Con ello el nuevo artículo cumple el sueño de muchos investigadores. Una batería de
ión aluminio ultrarrápida con gran capacidad y con gran estabilidad durante miles de ciclos
carga/descarga. ¡Qué más se puede pedir!
El almacenamiento de energía es un proceso complejo que se lleva haciendo por la naturaleza desde
miles de millones de años - por ejemplo, la energía presente en la creación inicial del Universo ha sido
puesta en libertad en forma de estrellas como el Sol, y ahora está siendo utilizada directamente por los
seres vivos (a través de la energía solar), o indirectamente (por ejemplo por el aumento de los cultivos o
de la conversión en electricidad en las células solares). Los sistemas de almacenamiento de energía en el
uso comercial de la actualidad se traducen en términos generales, en sistemas de almacenamiento
mecánicos, eléctricos, químicos, biológicos, nucleares y térmicos.
Como actividad útil, el almacenamiento de energía ha existido desde la prehistoria, aunque en muchos
casos no explícitamente reconocidos como tal. Un ejemplo deliberado de almacenamiento de energía
mecánica es el uso de troncos o rocas como medidas defensivas en las antiguas fortalezas que se iban
recolectando en la cima de una colina o pared, y por lo tanto, la energía almacenada era finalmente
empleada para atacar a invasores que vinieran al radio de alcance de dichas piedras. Una aplicación más
reciente es el de control de los cursos de agua que son dirigidos a los molinos de agua para el
procesamiento de granos. Los sistemas complejos deembalses y presas se construyeron para almacenar
y liberar agua (y la energía potencial que contienen) cuando sea necesario.
El almacenamiento de energía se convirtió en un factor dominante en el desarrollo económico con la
introducción generalizada de electricidad y químicos combustibles refinados, como la gasolina,
el queroseno y el gas natural en 1800. A diferencia de otros métodos comunes de almacenamiento de
energía utilizada empleados anteriormente, como la maderao el carbón, la electricidad debe emplearse,
INVESTIGACION
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ya que se genera y no puede ser almacenada en otra cosa que no sean dispositivos de menor escala. La
electricidad se transmite por medio de un circuito cerrado, para emplearse en cualquier propósito práctico,
y no puede ser almacenada como energía eléctrica. Esto significa que los cambios de la demanda no
pueden tener cabida, sin corte de los suministros, ya sea (por ejemplo, a través
de brownouts o apagones) o disponer de una técnica de almacenamiento fiable, algo imposible en la
actualidad.
Los combustibles petroquímicos se han convertido en la forma dominante de almacenamiento de energía,
tanto en la generación eléctrica y el transporte de energía. Los combustibles petroquímicos de uso común
se procesan del carbón, la gasolina, el gasóleo, el gas natural, gas licuado de petróleo (GLP), el propano,
el butano, etanol, biodiésel y el hidrógeno. Todos estos productos químicos son fácilmente convertidos
a energía mecánica y luego energía quizás en eléctrica a los motores que utiliza el calor (o de otras
turbinas de los motores de combustión interna, o calderas u otros motores de combustión externa) que se
utiliza para generación de energía eléctrica. Los generadores de calor y los generadores de potencia del
motor son casi universales, que van desde los pequeños motores de la producción de sólo unos pocos
kilovatios de utilidad a escala generadores con puntuaciones de hasta 800 megavatios.
Los científicos de la universidad de Stanford han inventado la primera batería de aluminio de alto
rendimiento que es de rápido-carga, duradero y barato. Los investigadores dicen las ofertas de la nueva
tecnología un alternativa seguro a muchas baterías comerciales en uso amplio hoy.
“Hemos desarrollado una batería de aluminio recargable que puede substituir los dispositivos de
almacenaje existentes, tales como acumuladores alcalinos, que son malos para el ambiente, y baterías
del litio-ion, que estallan de vez en cuando en las llamas,” dichas Hongjie Dai, un profesor de la química
en Stanford. “Nuestra batería nueva no cogerá el fuego, aunque usted perfora a través de ella.”
Dai y sus colegas describen su batería del aluminio-ion de la novela en “una batería recargable
ultrarrápida del aluminio-ion,” que sea publicada en la edición en línea anticipada del 6 de abril del
diario Naturaleza.
El aluminio ha sido un material atractivo para las baterías, principalmente debido a su bajo costo,
inflamabilidad baja y alto-carga de largo memoria. Por décadas, los investigadores han intentado sin éxito
desarrollar una batería comercialmente viable del aluminio-ion. Un desafío dominante ha estado
encontrando los materiales capaces de producir suficiente voltaje después de ciclos repetidos de la carga
y de descargar.
Cátodo del grafitoUna batería del aluminio-ion consiste en dos electrodos: un ánodo negativamente cargado hecho del
aluminio y de un cátodo positivamente cargado.
La “gente ha intentado diversas clases de materiales para el cátodo,” Dai dicho. “Descubrimos
accidentalmente que una solución simple es utilizar el grafito, que es básicamente carbón. En nuestro
estudio, identificamos algunos tipos de material del grafito que nos dan funcionamiento muy bueno. “
Para la batería experimental, el equipo de Stanford puso el cátodo de aluminio del ánodo y del grafito,
junto con un electrólito líquido iónico, dentro de una bolsa cubierta polímero flexible.
INVESTIGACION
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“El electrólito es básicamente una sal que es líquida en la temperatura ambiente, así que es muy seguro,”
dijo el gongo de Ming del estudiante graduado de Stanford, co-conducen a autor del Naturaleza estudio.
Las baterías de aluminio son más seguras que las baterías convencionales del litio-ion usadas en
millones de computadoras portátiles y de célula telefonan hoy, Dai agregado.
las “baterías del Litio-ion pueden ser un riesgo de incendios,” él dijo.
Como ejemplo, él señaló a las decisiones recientes por líneas aéreas unida y del delta a los envíos de la
litio-batería del bulto de la interdicción en los planos del pasajero.
“En nuestro estudio, tenemos videos el demostrar de que usted puede perforar a través de la bolsa de
aluminio de la batería, y continuará trabajando durante algún tiempo más de largo sin fuego catching,” Dai
dicho. “Solamente las baterías del litio pueden entrar apagado de una manera imprevisible - en el aire, el
coche o en su bolsillo. Además de seguridad, hemos alcanzado brechas importantes en el funcionamiento
de aluminio de la batería. “
La Universidad de Stanford ha desarrollado una nueva batería de aluminio, ¡que se carga en poco más de un minuto!
Actualmente, todos los dispositivos cuentan con baterías de litio las cuales mejoran muy lentamente, y parece que pronto ya no existirán debido a los requerimientos de los nuevos dispositivos con mayor rendimiento, y por lo tanto, mayor consumo de energía.
Debido a esto, científicos de la universidad de Stanford han desarrollado una nueva batería de aluminio y grafito, que ofrece una alternativa económica y eficiente a las baterías convencionales. El prototipo de esta nueva tecnología es flexible y resistente, y se puede cargar completamente en poco más de un minuto.
Hongjie Dai, profesor de Química en Stanford, explica:
“HEMOS DESARROLLADO UNA BATERÍA DE ALUMINIO RECARGABLE QUE PUEDE SUSTITUIR A LAS ACTUALES, TALES COMO LA BATERÍA DE ALCALINA, LAS CUALES SON MALAS PARA EL MEDIO AMBIENTE, Y LA BATERÍA DE IONES DE LITIO, QUE A VECES ESTALLAN EN LLAMAS. NUESTRA NUEVA BATERÍA NO SE INCENDIA, INCLUSO SI SE PERFORA”.
El mayor problema en el desarrollo de baterías de aluminio en los últimos años, ha sido encontrar materiales que produzcan suficiente tensión después de repetidos ciclos de carga, pues normalmente mueren después de 100 cargas. Pero la batería de Stanford es capaz de soportar hasta 7500 ciclos de carga sin perder la capacidad. Para comparar, una batería de iones de litio estándar, dura aproximadamente 1000 ciclos de carga.
Por ahora, la batería aun no está lista, porque sólo puede producir alrededor de 2 voltios, lo cual esta muy lejos de los 3,6 voltios de una batería de iones de litio.
Esta nueva propuesta podría revolucionar el mundo de los smartphones y otros dispositivos, pues el aluminio es un material más económico que el litio y más seguro también; además de que tiene muchas características que la hacen superar a las baterías actuales: carga rápida, seguridad, flexibilidad y durabilidad.
INVESTIGACION
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Nos interesa tu opinión.
“HEMOS DESARROLLADO UNA BATERÍA DE ALUMINIO RECARGABLE QUE PUEDE SUSTITUIR A LAS ACTUALES, TALES COMO LA BATERÍA DE ALCALINA, LAS CUALES SON MALAS PARA EL MEDIO AMBIENTE, Y LA BATERÍA DE IONES DE LITIO, QUE A VECES ESTALLAN EN LLAMAS. NUESTRA NUEVA BATERÍA NO SE INCENDIA, INCLUSO SI SE PERFORA”.
El mayor problema en el desarrollo de baterías de aluminio en los últimos años, ha sido encontrar materiales que produzcan suficiente tensión después de repetidos ciclos de carga, pues normalmente mueren después de 100 cargas. Pero la batería de Stanford es capaz de soportar hasta 7500 ciclos de carga sin perder la capacidad. Para comparar, una batería de iones de litio estándar, dura aproximadamente 1000 ciclos de carga.
Por ahora, la batería aun no está lista, porque sólo puede producir alrededor de 2 voltios, lo cual esta muy lejos de los 3,6 voltios de una batería de iones de litio.
Esta nueva propuesta podría revolucionar el mundo de los smartphones y otros dispositivos, pues el aluminio es un material más económico que el litio y más seguro también; además de que tiene muchas características que la hacen superar a las baterías actuales
*¿Qué piensas de estas nuevas baterías de aluminio?
Un equipo de científicos de la Universidad de Stanford (EEUU) ha desarrollado una batería de aluminio que:
Que se carga en un minuto frente una hora de litio.
La nueva batería soporta 7.500 ciclos frente 1.000 ciclos la de litio.
La pega, produce cerca de la mitad de la tensión de una batería de litio.
INVESTIGACION
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http://news.stanford.edu/news/2015/march/aluminum-ion-battery-033115.html
Informe de Stanford, 06 de abril 2015
Batería de aluminio de Stanford ofrece alternativa segura a las baterías convencionales
La nueva batería de aluminio-litio podría sustituir muchas de las baterías de iones de litio y alcalinas de amplio uso en la actualidad.
Por Mark Schwartz
Científicos de la Universidad de Stanford han inventado la primera batería de aluminio de alto rendimiento que es la carga rápida, de larga duración y de bajo costo. Los investigadores dicen que la nueva tecnología ofrece una alternativa segura a muchas baterías comerciales de amplio uso en la actualidad.
"Hemos desarrollado una batería recargable de aluminio que pueden sustituir a los dispositivos de almacenamiento existentes, tales como las baterías alcalinas, que son malos para el medio ambiente, y las baterías de iones de litio, que en ocasiones se incendió", dijo Hongjie Dai, profesor de química en Stanford . "Nuestra nueva batería no se incendie, incluso si explora a través de él."
Dai y sus colegas describen su novela de la batería de iones de aluminio en "Una batería de aluminio-litio recargable ultrarrápida", que será publicado en el 06 de abril antelación edición digital de la revista Nature.
El aluminio ha sido durante mucho tiempo un material atractivo para las baterías, principalmente debido a su capacidad de almacenamiento de bajo costo, baja inflamabilidad y de alto costo. Durante décadas, los investigadores han intentado, sin éxito, para desarrollar una batería comercialmente viable de aluminio-litio. Un desafío clave ha sido encontrar materiales capaces de producir suficiente voltaje después de repetidos ciclos de carga y descarga.
INVESTIGACION
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Batería de aluminio de Stanford ofrece alternativa segura a las baterías convencionales
La nueva batería de aluminio-litio podría sustituir muchas de las baterías de iones de litio y alcalinas de amplio uso en la actualidad.
Científicos de la Universidad de Stanford han inventado la primera batería de aluminio de alto rendimiento que es la carga rápida, de larga duración y de bajo costo. Los investigadores dicen que la nueva tecnología ofrece una alternativa segura a muchas baterías comerciales de amplio uso en la actualidad.
"Hemos desarrollado una batería recargable de aluminio que pueden sustituir a los dispositivos de almacenamiento existentes, tales como las baterías alcalinas, que son malos para el medio ambiente, y las baterías de iones de litio, que en ocasiones se incendió", dijo Hongjie Dai, profesor de química en Stanford . "Nuestra nueva batería no se incendie, incluso si explora a través de él."
Dai y sus colegas describen su novela de la batería de iones de aluminio en "Una batería de aluminio-litio recargable ultrarrápida", que será publicado en el 06 de abril antelación edición digital de la revista Nature.
El aluminio ha sido durante mucho tiempo un material atractivo para las baterías, principalmente debido a su capacidad de almacenamiento de bajo costo, baja inflamabilidad y de alto costo. Durante décadas, los investigadores han intentado, sin éxito, para desarrollar una batería comercialmente viable de aluminio-litio. Un desafío clave ha sido encontrar materiales capaces de producir suficiente voltaje después de repetidos ciclos de carga y descarga.
Cátodo de grafito
Una batería de iones de aluminio se compone de dos electrodos: un ánodo cargado negativamente de aluminio y un cátodo cargado positivamente.
"La gente ha tratado diferentes tipos de materiales para el cátodo", dijo Dai. "Accidentalmente Descubrimos que una solución sencilla es utilizar el grafito, que es básicamente de carbono. En nuestro estudio, hemos identificado algunos tipos de material de grafito que nos dan un rendimiento muy bueno."
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Para la batería experimental, el equipo de Stanford coloca el ánodo y el cátodo de grafito de aluminio, junto con un electrolito líquido iónico, dentro de una bolsa recubierta con polímeros flexible.
"El electrolito es básicamente una sal que es líquido a temperatura ambiente, por lo que es muy seguro", dijo el estudiante graduado de Stanford Ming Gong, co-autor principal del estudio de la naturaleza.
Baterías de aluminio son más seguras que las baterías de iones de litio convencionales que se utilizan en millones de ordenadores portátiles y teléfonos móviles de hoy, añadió Dai.
"Las baterías de litio pueden ser un peligro de incendio", dijo.
A modo de ejemplo, se refirió a las recientes decisiones Unidas y Delta Airlines para prohibir envíos de baterías de litio a granel en los aviones de pasajeros.
"En nuestro estudio, tenemos videos que demuestran que se puede perforar a través de la bolsa de la batería de aluminio, y seguiremos trabajando por un tiempo más largo sin la captura de fuego", dijo Dai. "Pero las baterías de litio pueden apagarse de manera impredecible - en el aire, el coche o en el bolsillo Además de la seguridad, hemos logrado grandes avances en el rendimiento de la batería de aluminio.."
Un ejemplo es la carga ultra rápida. Propietarios de teléfonos inteligentes saben que puede tomar horas para cargar una batería de iones de litio. Pero el equipo de Stanford informó "tiempos de carga sin precedentes" de hasta un minuto con el prototipo de aluminio.
La durabilidad es otro factor importante. Baterías de aluminio desarrolladas en otros laboratorios generalmente murieron después de sólo 100 ciclos de carga-descarga. Pero la batería Stanford fue capaz de soportar más de 7500 ciclos sin ninguna pérdida de capacidad. "Esta fue la primera vez que una batería de iones de aluminio ultra-rápida se construyó con la estabilidad de miles de ciclos", escribieron los autores.
En comparación, una típica batería de iones de litio dura alrededor de 1000 ciclos.
"Otra de las características de la batería de aluminio es la flexibilidad", dijo Gong. "Se puede doblar y doblar, por lo que tiene el potencial para su uso en dispositivos electrónicos flexibles. El aluminio es también un metal más barato que el litio".
INVESTIGACION
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Aplicaciones
Además de pequeños dispositivos electrónicos, las baterías de aluminio se podrían utilizar para almacenar la energía renovable en la red eléctrica, dijo Dai.
"La rejilla necesita una batería con un largo ciclo de vida que puede almacenar rápidamente y liberar energía", explicó. "Nuestros últimos datos publicados sugieren que una batería de aluminio se puede recargar a decenas de miles de veces. Es difícil imaginar la construcción de una batería enorme de iones de litio para almacenamiento de red."
Tecnología de iones de aluminio también ofrece una alternativa ecológica a las pilas alcalinas desechables, dijo Dai.
"Millones de consumidores utilizan AA de 1,5 voltios y AAA", dijo. "Nuestra batería recargable de aluminio genera alrededor de dos voltios de electricidad. Eso es más alto de lo que nadie ha logrado con el aluminio."
Pero se necesitan más mejoras para que coincida con el voltaje de las baterías de iones de litio, añadió Dai.
"Nuestra batería produce cerca de la mitad de la tensión de una batería de litio típica", dijo. "Pero la mejora del material de cátodo podría llegar a aumentar la densidad de la tensión y la energía lo contrario, nuestra batería tiene todo lo más que te soñar que una batería debe tener:.. Electrodos de bajo costo, buena seguridad, carga de alta velocidad, flexibilidad y largo ciclo de vida I ver esto como una nueva batería en sus primeros días. Es muy emocionante ".
Otros coautores principales del estudio afiliado con Stanford están visitando los científicos Mengchang Lin del Instituto Taiwán Industrial Technology Research, Bingan Lu de la Universidad de Hunan, y el erudito postdoctoral Yingpeng Wu. Otros autores son Di-Yan Wang, Mingyun Guan, Michael Angell, Changxin Chen y Jiang Yang de Stanford; y Bing-Joe Hwang de la Universidad Nacional de Taiwán de Ciencia y Tecnología.
El apoyo principal de la investigación fue proporcionada por el Departamento de Energía de Estados Unidos, el Instituto de Investigación de Tecnología Industrial de Taiwán, el Stanford Climático Global y el Proyecto de Energía, el Instituto Precourt Stanford para la Energía y el Ministerio de Educación de Taiwán
INVESTIGACION
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Una alternativa mejor a las baterías que hoy por hoy utilizamos más, como las pilas alcalinas y las baterías de iones de litio, parece que cada día está más cerca. Un grupo de científicos de la Universidad norteamericana de Stanford acaban de publicar los resultados de un estudio que han realizado para crear baterías de ion-aluminio que permite prestaciones muchísimos mejores: tiene mayor rapidez, capacidad, seguridad, flexibilidad y un mejor precios.
El sistema de baterías de ion-aluminio que han creado multiplica por siete la duración de la tecnología que utilizamos en nuestros hogares, ya que llega a los 7.500 ciclos, cuando lo habitual es que las de litio alcancen los 1.000 ciclos. Además, resisten muy bien una recarga rápida en apenas dos minutos (algo perfecto para coches eléctricos).
Hace algunos años que las baterías de aluminio se convirtieron, al menos teóricamente, en la vía a seguir y desarrollar porque permiten obtener unos resultados mejores, por su menor coste y mayor capacidad, por un lado, pero también porque son más seguras para el medioambiente al ser mucho menos inflamables que el litio. Sin embargo, siempre hay un pero. En este caso, no se disponía del material necesario para el cátodo. Y esto es precisamente lo que han conseguido solucionar el equipo de Stanford.
Los científicos han introducido un cátodo de grafito (carbón), un ánodo de aluminio y un electrolito líquido en un polímero flexible. Y el resultado son dos voltios, (las pilas actuales tienen 1,5 voltios) y, otro detalles importante, es que al ser flexible, se puede utilizar para muchos dispositivos de plegables. Lo mejor de todo es que no utilizan materiales que sean ni demasiado caros ni escasos, así que los costes de producción no lo hacen un proyecto inviable. Después de todo, parece que no tendremos que esperar muchos años más para cambiar las baterías de litio, tan contaminantes, por otras que, además, mejoran en todos los aspectos.
Te dejamos un video para que veas de primera mano lo que han conseguido estos científicos:
INVESTIGACION
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La nueva batería de aluminio que podría recargar tu teléfono en un minuto
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Próximamente (esperemos), será lanzada una batería reusable de recarga ultrarrápida que también será muy económica y duradera. Debido a que está fabricada a base de aluminio, es una alternativa más segura a las baterías convencionales de iones de litio y a las pilas desechables alcalinas que millones utilizamos hoy en día. Los detalles de esta innovación fueron descritos esta semana en el diario de ciencia Nature.
Durante décadas, los investigadores han estado pensando en el aluminio (el mismo que ves en las latas de cerveza y los rollos de papel de cocina) como una materia útil para fabricar baterías. ¿Las razones? Es barato, maleable, tiene un índice bajo de inflamabilidad y una gran capacidad de almacenamiento de energía. No obstante, el intento de desarrollar comercialmente una batería de iones de aluminio ha sido infructuoso. Y es que al igual que las baterías regulares, las baterías de iones de aluminio deben componerse de dos electrodos: un ánodo cargado negativamente (en este caso, hecho de aluminio) y un cátodo con una carga positiva. El reto es encontrar un material adecuado para fabricar el cátodo, ya que debe ser uno capaz de producir suficiente voltaje después de cumplir varios ciclos repetidos de carga y descarga.
No obstante en este momento, un equipo internacional liderado por el centro de investigación Hongjie Dai de la Universidad de Stanford, ha dado con una solución muy simple que utiliza
INVESTIGACION
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grafito, que no es otra cosa que un tipo de carbono. En sus ensayos, se colocó un ánodo de aluminio, un cátodo de grafito y un electrolito líquido con iones (esencialmente, un tipo de solución salina) dentro de un saco flexible recubierto con un polímero.
El equipo espera que la nueva batería pueda finalmente reemplazar a las pilas alcalinas, que son muy dañinas para el medio ambiente, lo mismo que a las baterías de iones de litio, que son muy inflamables. Aunque en realidad plantean un riesgo de incendio, las baterías de iones de litio se utilizan en la mayoría de las computadoras portátiles y smartphones. “Las baterías de litio pueden arder de manera impredecible – al contacto con el aire, en el calor de tu auto o inclusive en tu bolsillo,” afirma en centro Hongjie Dai en un comunicado de prensa. “la nueva batería de aluminio no se incendia ni siquiera perforándola con un taladro”.
Adicionalmente, los investigadores explican que la nueva batería también se recarga de manera ultra rápida y tiene una duración impresionante. A diferencia de lo que pasa ahora, que en algunos casos debemos esperar horas a que nuestros teléfonos se recarguen, el prototipo de aluminio sólo necesita un minuto. Esto, sin contar con que es capaz de soportar más de 7500 ciclos de carga-descarga sin reducir su capacidad de almacenamiento. Pensemos en que una batería regular de iones de litio resiste sólo alrededor de 1000 ciclos.
Desafortunadamente, esta nueva batería recargable de aluminio no estará lista al menos en un futuro próximo. Uno de los problemas es que esta batería genera alrededor de 2 voltios de electricidad, que si bien es mucho más de lo que producen las típicas baterías AA y AAA que apenas generan 1,5 voltios, eso es sólo la mitad del voltaje que produce una batería de litio regular. “El hecho de eventualmente encontrar un material más adecuado para fabricar el cátodo podría aumentar el voltaje y la densidad de la energía”, explica el centro Hongjie Dai. “De este modo, nuestro prototipo tendría todo lo que hemos soñado que una batería debe tener: electrodos de bajo costo, un funcionamiento seguro, una capacidad de recarga de alta velocidad y un prolongado ciclo de vida. En realidad vemos esto como una gran innovación que apenas se está desarrollando”.
Un equipo de científicos de la Universidad de Stanford (EEUU) ha desarrollado una batería de aluminio que:
Que se carga en un minuto frente una hora de litio.
La nueva batería soporta 7.500 ciclos frente 1.000 ciclos la de litio.
La pega, produce cerca de la mitad de la tensión de una batería de litio.
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http://news.stanford.edu/news/2015/march/aluminum-ion-battery-033115.html
Informe de Stanford, 06 de abril 2015
Batería de aluminio de Stanford ofrece alternativa segura a las baterías convencionales
La nueva batería de aluminio-litio podría sustituir muchas de las baterías de iones de litio y alcalinas de amplio uso en la actualidad.
Por Mark Schwartz
Científicos de la Universidad de Stanford han inventado la primera batería de aluminio de alto rendimiento que es la carga rápida, de larga duración y de bajo costo. Los investigadores dicen que la nueva tecnología ofrece una alternativa segura a muchas baterías comerciales de amplio uso en la actualidad.
"Hemos desarrollado una batería recargable de aluminio que pueden sustituir a los dispositivos de almacenamiento existentes, tales como las baterías alcalinas, que son malos para el medio ambiente, y las baterías de iones de litio, que en ocasiones se incendió", dijo Hongjie Dai, profesor de química en Stanford . "Nuestra nueva batería no se incendie, incluso si explora a través de él."
Dai y sus colegas describen su novela de la batería de iones de aluminio en "Una batería de aluminio-litio recargable ultrarrápida", que será publicado en el 06 de abril antelación edición digital de la revista Nature.
El aluminio ha sido durante mucho tiempo un material atractivo para las baterías, principalmente debido a su capacidad de almacenamiento de bajo costo, baja inflamabilidad y de alto costo. Durante décadas, los investigadores han intentado, sin éxito, para desarrollar una batería comercialmente viable de aluminio-litio. Un desafío clave ha sido encontrar materiales capaces de producir suficiente voltaje después de repetidos ciclos de carga y descarga.
Batería de aluminio de Stanford ofrece alternativa segura a las baterías convencionales
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La nueva batería de aluminio-litio podría sustituir muchas de las baterías de iones de litio y alcalinas de amplio uso en la actualidad.
Científicos de la Universidad de Stanford han inventado la primera batería de aluminio de alto rendimiento que es la carga rápida, de larga duración y de bajo costo. Los investigadores dicen que la nueva tecnología ofrece una alternativa segura a muchas baterías comerciales de amplio uso en la actualidad.
"Hemos desarrollado una batería recargable de aluminio que pueden sustituir a los dispositivos de almacenamiento existentes, tales como las baterías alcalinas, que son malos para el medio ambiente, y las baterías de iones de litio, que en ocasiones se incendió", dijo Hongjie Dai, profesor de química en Stanford . "Nuestra nueva batería no se incendie, incluso si explora a través de él."
Dai y sus colegas describen su novela de la batería de iones de aluminio en "Una batería de aluminio-litio recargable ultrarrápida", que será publicado en el 06 de abril antelación edición digital de la revista Nature.
El aluminio ha sido durante mucho tiempo un material atractivo para las baterías, principalmente debido a su capacidad de almacenamiento de bajo costo, baja inflamabilidad y de alto costo. Durante décadas, los investigadores han intentado, sin éxito, para desarrollar una batería comercialmente viable de aluminio-litio. Un desafío clave ha sido encontrar materiales capaces de producir suficiente voltaje después de repetidos ciclos de carga y descarga.
Cátodo de grafito
Una batería de iones de aluminio se compone de dos electrodos: un ánodo cargado negativamente de aluminio y un cátodo cargado positivamente.
"La gente ha tratado diferentes tipos de materiales para el cátodo", dijo Dai. "Accidentalmente Descubrimos que una solución sencilla es utilizar el grafito, que es básicamente de carbono. En nuestro estudio, hemos identificado algunos tipos de material de grafito que nos dan un rendimiento muy bueno."
Para la batería experimental, el equipo de Stanford coloca el ánodo y el cátodo de grafito de aluminio, junto con un electrolito líquido iónico, dentro de una bolsa recubierta con polímeros flexible.
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"El electrolito es básicamente una sal que es líquido a temperatura ambiente, por lo que es muy seguro", dijo el estudiante graduado de Stanford Ming Gong, co-autor principal del estudio de la naturaleza.
Baterías de aluminio son más seguras que las baterías de iones de litio convencionales que se utilizan en millones de ordenadores portátiles y teléfonos móviles de hoy, añadió Dai.
"Las baterías de litio pueden ser un peligro de incendio", dijo.
A modo de ejemplo, se refirió a las recientes decisiones Unidas y Delta Airlines para prohibir envíos de baterías de litio a granel en los aviones de pasajeros.
"En nuestro estudio, tenemos videos que demuestran que se puede perforar a través de la bolsa de la batería de aluminio, y seguiremos trabajando por un tiempo más largo sin la captura de fuego", dijo Dai. "Pero las baterías de litio pueden apagarse de manera impredecible - en el aire, el coche o en el bolsillo Además de la seguridad, hemos logrado grandes avances en el rendimiento de la batería de aluminio.."
Un ejemplo es la carga ultra rápida. Propietarios de teléfonos inteligentes saben que puede tomar horas para cargar una batería de iones de litio. Pero el equipo de Stanford informó "tiempos de carga sin precedentes" de hasta un minuto con el prototipo de aluminio.
La durabilidad es otro factor importante. Baterías de aluminio desarrolladas en otros laboratorios generalmente murieron después de sólo 100 ciclos de carga-descarga. Pero la batería Stanford fue capaz de soportar más de 7500 ciclos sin ninguna pérdida de capacidad. "Esta fue la primera vez que una batería de iones de aluminio ultra-rápida se construyó con la estabilidad de miles de ciclos", escribieron los autores.
En comparación, una típica batería de iones de litio dura alrededor de 1000 ciclos.
"Otra de las características de la batería de aluminio es la flexibilidad", dijo Gong. "Se puede doblar y doblar, por lo que tiene el potencial para su uso en dispositivos electrónicos flexibles. El aluminio es también un metal más barato que el litio".
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Además de pequeños dispositivos electrónicos, las baterías de aluminio se podrían utilizar para almacenar la energía renovable en la red eléctrica, dijo Dai.
"La rejilla necesita una batería con un largo ciclo de vida que puede almacenar rápidamente y liberar energía", explicó. "Nuestros últimos datos publicados sugieren que una batería de aluminio se puede recargar a decenas de miles de veces. Es difícil imaginar la construcción de una batería enorme de iones de litio para almacenamiento de red."
Tecnología de iones de aluminio también ofrece una alternativa ecológica a las pilas alcalinas desechables, dijo Dai.
"Millones de consumidores utilizan AA de 1,5 voltios y AAA", dijo. "Nuestra batería recargable de aluminio genera alrededor de dos voltios de electricidad. Eso es más alto de lo que nadie ha logrado con el aluminio."
Pero se necesitan más mejoras para que coincida con el voltaje de las baterías de iones de litio, añadió Dai.
"Nuestra batería produce cerca de la mitad de la tensión de una batería de litio típica", dijo. "Pero la mejora del material de cátodo podría llegar a aumentar la densidad de la tensión y la energía lo contrario, nuestra batería tiene todo lo más que te soñar que una batería debe tener:.. Electrodos de bajo costo, buena seguridad, carga de alta velocidad, flexibilidad y largo ciclo de vida I ver esto como una nueva batería en sus primeros días. Es muy emocionante ".
Otros coautores principales del estudio afiliado con Stanford están visitando los científicos Mengchang Lin del Instituto Taiwán Industrial Technology Research, Bingan Lu de la Universidad de Hunan, y el erudito postdoctoral Yingpeng Wu. Otros autores son Di-Yan Wang, Mingyun Guan, Michael Angell, Changxin Chen y Jiang Yang de Stanford; y Bing-Joe Hwang de la Universidad Nacional de Taiwán de Ciencia y Tecnología.
El apoyo principal de la investigación fue proporcionada por el Departamento de Energía de Estados Unidos, el Instituto de Investigación de Tecnología Industrial de Taiwán, el Stanford Climático Global y el Proyecto de Energía, el Instituto Precourt Stanford para la Energía y el Ministerio de Educación de Taiwán
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