28.01.2021 - Korea Maritime & Ocean University

Cargado: revolucionando las baterías recargables de iones de sodio con ánodos de carbono "dopados

Dopar el material del ánodo de carbono con diferentes átomos aumenta el rendimiento de las baterías de iones de sodio

A medida que el mundo toma conciencia de la inminente crisis medioambiental, los científicos han iniciado la búsqueda de fuentes de energía sostenibles. Las baterías recargables, como las de iones de litio, están experimentando un aumento de popularidad, al tiempo que se producen tecnologías más "verdes", como los barcos de propulsión eléctrica (que se están desarrollando para cumplir la normativa medioambiental de la Organización Marítima Internacional) y otros vehículos eléctricos. Pero el litio es escaso y difícil de distribuir, lo que pone en duda su sostenibilidad, además de suponer un fuerte aumento del coste. Por ello, los investigadores han recurrido a las "baterías de iones de sodio" (SIB), que son electroquímicamente similares a las de iones de litio y ofrecen ventajas como una mayor abundancia de sodio y una producción más barata. Sin embargo, actualmente el material estándar del ánodo de las SIB es el grafito, que es termodinámicamente inestable con los iones de sodio y da lugar a una menor "capacidad reversible" (una medida de su almacenamiento) y a un pobre rendimiento.

Por ello, los investigadores de la Universidad Marítima y Oceánica de Corea se propusieron encontrar un material anódico no grafítico adecuado para los SIB. El Dr. Jun Kang, científico principal, afirma: "Como las SIB tienen un bajo rendimiento -sólo una décima parte de la capacidad de una batería de iones de litio-, es crucial encontrar un ánodo eficiente que conserve el bajo coste y la estabilidad del grafito".

Ahora, en su último estudio publicado en la revista Journal of Power Sources, los científicos informaron de las siguientes estrategias para superar las limitaciones de los materiales de ánodo basados en el carbono para las SIB: (1) Emplear una estructura porosa jerárquica capaz de promover un rápido transporte de Na+ desde la zona de masa del electrolito hasta la interfaz del material activo; (2) retener grandes áreas superficiales específicas donde el Na+ migra a la interfaz, a la que se puede acceder fácilmente en el material activo; (3) retener los defectos superficiales y las estructuras de poros que permiten la cointercalación desde la superficie hacia el interior; (4) retener las nanoestructuras en las que el Na+ se inserta en el material activo a partir de los defectos y los poros que pueden tener trayectorias de difusión cortas; y (5) aumentar el número de sitios activos debido a los defectos extrínsecos que resultan de estos elementos mediante el dopaje de heteroelementos. Estas estrategias permitieron mejorar notablemente el rendimiento electroquímico de la batería, ¡incluso superando el de las actuales baterías de iones de litio!

En dos de sus estudios anteriores, probaron con éxito este método utilizando fósforo y azufre, que aparecieron en las portadas de Carbon y ACS Applied Materials & Interfaces, respectivamente.

El Dr. Kang es optimista sobre las diversas aplicaciones potenciales de su tecnología, como en barcos de propulsión eléctrica y otros vehículos, drones e incluso CPUs de alto rendimiento. "Estos cinco factores permiten una buena retención de la capacidad, una capacidad reversible, una estabilidad cíclica ultraelevada, una alta eficiencia coulómbica inicial (80%) y una notable capacidad de velocidad. Esto significa que pueden utilizarse durante mucho tiempo incluso con un uso intenso de la batería", explica.

Teniendo en cuenta las ventajas del sodio sobre el litio, estos hallazgos tienen sin duda importantes implicaciones para la ingeniería de baterías sostenibles, baratas y de alto rendimiento, y pueden acercarnos un poco más a la realización de un futuro energéticamente eficiente.

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

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