Comparación de imágenes después de la deposición de zinc. Crédito: Instituto de Investigación Energética de Corea
Los investigadores han desarrollado un nuevo material de electrodo a base de óxido de cobre y lo han aplicado con éxito a baterías acuosas de iones de zinc, logrando una mejora triple en la durabilidad. Los hallazgos se publican en la revista Nature Communications.
Las baterías acuosas de zinc son baterías secundarias que usan agua como electrolito, que ofrecen una alternativa más segura y respetuosa con el medio ambiente a las baterías de iones de litio, que usan electrolitos líquidos volátiles y representan riesgos de fuego. Su bajo costo de producción y sus materiales económicos también los convierten en un candidato prometedor para los sistemas de almacenamiento de energía (ESS) de próxima generación.
Sin embargo, durante el proceso de carga, se produce un fenómeno conocido como formación de dendrita, en el que los depósitos de metal de zinc crecen en formas alargadas en la superficie del ánodo, lo que lleva a una vida útil de la batería reducida. Estas dendritas pueden penetrar el separador entre el ánodo y el cátodo, causando cortocircuitos eléctricos y comprometiendo significativamente la durabilidad de la batería.
Dirigidos por el Dr. Jung Hoon Yang y el Dr. Chan-Woo Lee del Departamento de Investigación de Almacenamiento de Energía en el Instituto de Investigación de Energía de Corea, el equipo de investigación desarrolló nanopartículas de óxido de cobre novedosas y suprimió con éxito la formación de dendrite en baterías de iones de zinc acuosos utilizando una tecnología de “esponja de electrones” que absorbe de manera efectiva y libera electrones en el anodo. La batería acuosa de iones de zinc que incorpora esta tecnología demostró una durabilidad tres veces mayor en comparación con las baterías convencionales.
El equipo de investigación probó una variedad de materiales candidatos con propiedades de aleación de zinc, analizando su rendimiento por tamaño de partícula. Como resultado, encontraron que las nanopartículas de óxido de cobre exhibían la mayor afinidad de zinc.
Sobre la base de esto, el equipo de investigación desarrolló nuevas nanopartículas de óxido de cobre y las aplicó a baterías acuosas de iones de zinc. En las baterías de iones de zinc, los electrones se encuentran con iones de zinc en el ánodo para formar zinc metálico, almacenando así energía. Las nanopartículas de óxido de cobre actúan como una esponja, absorbiendo rápidamente electrones, lo que permite que el zinc se deposite uniformemente a su alrededor. Esta formación uniforme de zinc suprime efectivamente el desarrollo de dendritas, que generalmente surgen del crecimiento irregular de zinc.
Durante la descarga, la “esponja” libera rápidamente electrones, al igual que el agua apretada de una esponja, promoviendo así la disolución de metal de zinc y minimizando el zinc residual en la superficie del ánodo. Este mecanismo evita que el zinc sobrante crezca en dendritas durante los ciclos de carga de carga repetidos.
El nuevo material de electrodo a base de óxido de cobre desarrollado por el equipo de investigación. Crédito: Instituto de Investigación Energética de Corea
El equipo de investigación nombró la tecnología “Sponge” Electron “y, a través del modelado computacional, demostró que también puede reducir la pérdida de energía durante la carga de la batería. Cuando se aplica a una batería de flujo de zinc-poliioduro, un tipo de batería acuosa a base de zinc, no se observó una formación de dendrita incluso después de 2.500 ciclos de carga de carga.
En comparación, las baterías convencionales generalmente comienzan a desarrollar dendritas y fallan después de alrededor de 800 ciclos, lo que indica que la nueva tecnología ofrece más de tres veces la durabilidad.
Además, la batería exhibió una alta eficiencia, con una relación de capacidad de carga a descarga del 98,7%. También logró una densidad de energía de 180 WH/L, más del 30% más alta que las baterías de flujo de zinc -polioduro de zinc previamente informadas, mejorando significativamente su potencial de comercialización.
El Dr. Jung Hoon Yang y el Dr. Chan-Woo Lee, quien dirigió la investigación en Kier, declaró: “Esperamos que este estudio proporcione un avance clave para el desarrollo de baterías de zinc de próxima generación con alto rendimiento y seguridad.
“Planeamos proceder rápidamente con la validación de rendimiento a una escala comercial integrando el material de electrodo de óxido de cobre recientemente desarrollado en un sistema de demostración de batería de flujo de zinc-polioduro de zafilia de 3.5 kW”.
Más información: Jin Seong Cha et al, CUO zincófilo como esponja de electrones para facilitar la batería de flujo a base de zinc sin dendrita, Nature Communications (2025). Doi: 10.1038/s41467-025-56011-9
Proporcionado por el Consejo Nacional de Investigación de Ciencia y Tecnología
Cita: la tecnología ‘Electron Sponge’ mejora la durabilidad de las baterías acuosas de iones de zinc seguras (2025, 23 de abril) Recuperada el 23 de abril de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-04-Esectron-sponge-technology-durabilidad-safe.html
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