26.04.2022 - Angewandte Chemie

Alta tensión de salida

Las sulfonamidas constituyen un robusto material catódico para las baterías de protones

Las baterías de protones son un tipo de batería innovadora y respetuosa con el medio ambiente en la que la carga es transportada por protones, que son iones de hidrógeno con carga positiva. Un equipo de investigadores ha desarrollado ahora sulfonamidas orgánicas como material robusto y flexible para los cátodos de estas baterías. Como explica el equipo en la revista Angewandte Chemie, los cátodos de sulfonamida también alcanzan un voltaje de salida más alto que los cátodos convencionales.

En la constante búsqueda de alternativas a las baterías de iones de litio, las baterías de protones han demostrado tener un gran potencial. En lugar de almacenar la carga en forma de iones de litio, transfieren protones ligeros y muy móviles. Como resultado, este tipo de batería no requiere la extracción de litio, perjudicial para el medio ambiente e insostenible. Además, los protones móviles ayudan a conseguir tiempos de carga mucho más cortos que los de otros tipos de baterías.

A pesar de estas ventajas, el rendimiento de los electrodos de las baterías de protones aún requiere mejoras. Hasta ahora, los cátodos (electrodos positivos) sólo podían alcanzar una tensión de salida bastante baja, insuficiente para la mayoría de las aplicaciones. Ahora, Bingan Lu y su equipo, con sede en la Universidad de Hunan en Changsha (China), han mejorado este voltaje sustituyendo los productos químicos que componen el material del cátodo. En lugar de compuestos orgánicos de carbonilo o pigmentos a base de cianuro, utilizaron sulfonamidas orgánicas.

En lugar de almacenar los protones en los átomos de oxígeno, como ocurre en los compuestos de carbonilo, las sulfonamidas almacenan los protones en el átomo de nitrógeno del grupo de la sulfonamida. Los investigadores explican por qué esto es beneficioso: "el átomo de nitrógeno tiene un sitio vacante más que el átomo de oxígeno que puede aceptar electrones extraños, lo que lo hace mucho más adaptable".

Al unir grupos que retiran electrones al andamiaje molecular, los investigadores pudieron aumentar el potencial eléctrico del material. A 1 V, la tensión de salida conseguida fue un 20% superior a la de los siguientes mejores materiales, y los investigadores confían en que haya aún más margen de mejora con un diseño molecular cuidadoso.

Para montar una batería de protones completa, Lu y sus colegas también desarrollaron un electrolito en forma de gel que se adaptaba al material catódico de sulfonamida y permitía una construcción flexible. Esta batería maleable conservó su capacidad a lo largo de 600 ciclos de carga y descarga.

La ventaja de utilizar sulfonamidas no termina con su capacidad de adaptación química. Lu y sus colegas informan de que el nuevo material del cátodo es también fácil de fabricar, estable en condiciones ambientales estándar y prácticamente insoluble en agua. El equipo destaca que las baterías de protones basadas en sulfonamidas de este tipo no contienen metales pesados y están formadas por compuestos orgánicos no tóxicos, por lo que son fácilmente reciclables.

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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