New nickel-iron battery charges in seconds and survives 12,000 cycles/Nueva batería de níquel-hierro se carga en segundos y sobrevive a 12.000 ciclos
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At the beginning of the 20th century, Edison designed a nickel-iron (NiFe) battery, an extremely durable and robust rechargeable battery characterized by the use of nickel oxide in the cathode, iron in the anode, and an alkaline electrolyte (potassium hydroxide). It is notable for its ability to withstand deep discharges, overcharging, and physical abuse, with a lifespan exceeding 20-30 years. Edison proposed it for electric vehicles at the beginning of the 20th century because it was very robust and durable compared to lead-acid batteries, but relatively heavy and with a lower energy density.
A principios del siglo XX, Edison diseñó una batería de níquel-hierro (NiFe), una batería recargable extremadamente duradera y robusta, caracterizada por usar óxido de níquel en el cátodo, hierro en el ánodo y un electrolito alcalino (hidróxido de potasio). Destaca por soportar descargas profundas, sobrecargas y abusos físicos, con una vida útil que supera los 20-30 años. Edison la propuso para vehículos eléctricos a comienzos del siglo XX porque era muy robusta y duradera frente a las de plomo‑ácido, pero relativamente pesada y con menor densidad de energía.
The battery was heavy, inefficient, and had a high self-discharge rate, and I suppose that partly because of that and partly because of the success of the internal combustion engine, this battery faded into obscurity. But now a team of researchers at the University of California, Los Angeles (UCLA) has taken that classic chemistry and recreated it with new nanomaterials to achieve ultra-fast charging and an enormous lifespan, intended primarily for stationary renewable energy storage.
La batería era pesada, ineficiente y con una alta tasa de auto descarga y supongo que en parte por eso y en parte por el éxito de motor de explosión, esta batería se quedó dormida en la historia. Pero ahora un equipo de investigadores de la Universidad de California Los Angeles (UCLA) ha tomado esa química clásica y la ha recreado con nuevos nano-materiales para lograr cargas ultrarrápidas y una vida útil enorme, que está pensada sobre todo para almacenamiento estacionario de renovables.
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In a traditional Ni-Fe battery, during discharge, metallic iron at the iron electrode (anode) is oxidized to iron(II) hydroxide, releasing electrons into the external circuit. At the nickel electrode (cathode), nickel(II) hydroxide is reduced/oxidized between Ni(II) and Ni(III) states, accepting electrons. The alkaline electrolyte (KOH) transports the ions within the cell, while the electrons travel through the external circuit, powering the charge. During charging, the process is reversed: iron is forced back to its most reduced state and nickel to its most oxidized state.
En una Ni‑Fe tradicional, durante la descarga, en el electrodo de hierro (ánodo) el hierro metálico se oxida a hidróxido de hierro, liberando electrones al circuito externo. En el electrodo de níquel (cátodo) el hidróxido de níquel se reduce/oxida entre estados de Ni(II)/Ni(III), aceptando electrones. El electrolito alcalino (KOH) transporta los iones dentro de la celda, mientras los electrones viajan por el circuito externo alimentando la carga. En la carga el proceso se invierte: se fuerza a que el hierro vuelva a su estado más reducido y el níquel a su estado más oxidado.
The international group co-led by UCLA has redesigned the same basic chemistry using metallic nanoclusters and ultrathin carbon supports for the electrodes. They grow extremely small clusters of nickel or iron using proteins as a “template” and embed them in a carbon-based conductor only a few atoms thick. These nanoclusters offer a huge electrochemically active surface and very short paths for ion and electron transport, allowing charging and discharging in seconds instead of hours.
El grupo internacional codirigido por UCLA ha rediseñado la misma química básica usando nano-cúmulos metálicos y soportes de carbono ultrafinos para los electrodos. Crecen cúmulos de níquel o hierro extremadamente pequeños usando proteínas como “plantilla” y los incrustan en un conductor basado en carbono de sólo unos átomos de espesor. Estos nanoclústeres ofrecen una superficie electroquímicamente activa enorme y caminos muy cortos para el transporte de iones y electrones, lo que permite cargar y descargar en cuestión de segundos en lugar de horas.
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The prototype exceeds 12,000 full charge-discharge cycles, equivalent to more than 30 years of daily recharging, without significant degradation. While a typical household lithium battery might be designed for 3,000–5,000 useful cycles, this reimagined Ni-Fe battery targets tens of thousands of cycles, sacrificing energy per unit mass in exchange for longevity and charging speed. This battery does not directly compete with lithium-ion batteries for electric cars because its energy density remains lower.
El prototipo supera los 12.000 ciclos completos de carga‑descarga, equivalente a más de 30 años de recargas diarias, sin degradarse de forma significativa. Mientras una batería doméstica típica de litio quizá esté diseñada para 3.000–5.000 ciclos útiles, esta Ni‑Fe re-imaginada apunta a decenas de miles de ciclos, sacrificando energía por unidad de masa a cambio de longevidad y velocidad de carga. Esta batería no compite directamente con las baterías de ion‑litio para coches eléctricos porque su densidad de energía sigue siendo menor.
But it's well-suited for stationary storage in solar farms that charge during the day and discharge at night, or data centers that need immediate backup when the grid goes down. Using abundant materials (nickel, iron, carbon, proteins) and a lifespan of decades can lower the overall cost of renewable storage infrastructure compared to technologies that need to be replaced more frequently. In short, they've "resurrected" Edison's robust, low-impact chemistry, but using nanotechnology and biotemplates to create an extremely fast and almost "eternal" battery in terms of cycles, designed as an energy storage solution for the renewable energy transition rather than a high-energy portable battery.
Pero encaja muy bien en almacenamiento estacionario para parques solares que cargan durante el día y descargan por la noche, o centros de datos que necesitan respaldo inmediato cuando se cae la red. Usar materiales abundantes (níquel, hierro, carbono, proteínas) y una vida útil de décadas puede abaratar el coste total de infraestructura de almacenamiento renovable frente a tecnologías que hay que reemplazar con más frecuencia. En resumen, han “resucitado” la química robusta y de bajo impacto de Edison, pero usando nanotecnología y biotemplates para obtener una batería rapidísima y casi “eterna” en ciclos, pensada como almacén de energía para la transición renovable más que como batería portátil de alta energía.
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https://interestingengineering.com/energy/edison-inspired-battery-recharges-in-seconds