¿Baterías por óxido?
Las esferas de carbono rellenas de óxido de hierro ofrecen una gran capacidad de almacenamiento
Anuncios
Las baterías de iones de litio convencionales contienen sustancias problemáticas como el níquel y el cobalto, y los disolventes utilizados para recubrir los materiales de los electrodos también son tóxicos. Por eso, los científicos de materiales de la Universidad del Sarre trabajan en el desarrollo de alternativas respetuosas con el medio ambiente. El equipo de Saarbrücken ha logrado resultados muy prometedores introduciendo óxido de hierro finamente disperso en diminutas esferas huecas de carbono muy porosas desarrolladas por el profesor Michael Elsaesser en la Universidad de Salzburgo. Mayor capacidad de almacenamiento con materiales de fácil acceso y mucho menos problemáticos desde el punto de vista medioambiental. Los resultados se publican ahora en la revista Chemistry of Materials.
Cualquiera que haya estado alguna vez en Salzburgo (Austria) conocerá los Moz artkugeln, las famosas bolas de mazapán y turrón recubiertas de chocolate. Los Mozartkugeln son una forma sencilla de imaginar las esferas huecas de carbono desarrolladas por investigadores de la Universidad de Salzburgo y que ahora se utilizan en la Universidad del Sarre para avanzar en la tecnología de las baterías de iones de litio. Conocidos como esferogeles de carbono, estos novedosos materiales son unidades nanométricas de unos 250 nm de diámetro que ofrecen una gran superficie y una elevada capacidad electroquímica. Nuestro reto es utilizar la síntesis química para rellenar la cavidad interior de estas esferas con óxidos metálicos adecuados", explica Stefanie Arnold, científica especializada en materiales. Tras una serie de experimentos iniciales con dióxido de titanio, cuya capacidad para almacenar y liberar iones de litio era relativamente baja, el equipo centró su atención en el óxido de hierro, al que la mayoría de nosotros nos referimos comúnmente como óxido.
El hierro tiene una serie de ventajas: es abundante en todo el mundo, ofrece -al menos en teoría- una gran capacidad de almacenamiento y es fácil de reciclar", explica Stefanie Arnold, investigadora postdoctoral de la Universidad del Sarre que trabaja con el profesor Volker Presser, catedrático de Materiales Energéticos. Utilizando una metodología de síntesis escalable basada en el lactato de hierro, el equipo de Salzburgo pudo integrar distintas cantidades de hierro en el armazón de carbono de las esferas huecas, produciendo robustas redes porosas con nanopartículas de hierro distribuidas uniformemente. Lo más interesante fue que la capacidad de almacenamiento (es decir, la cantidad de carga eléctrica que puede almacenarse y liberarse de forma reversible por gramo de material de electrodo activo) siguió aumentando mientras se utilizaba la pila. Cuanto más tiempo se utilizaba la batería, mejor funcionaba. Esto se debe a que el hierro metálico elemental de las nanopartículas primero tiene que reaccionar con el oxígeno para formar óxido de hierro. Este proceso de activación electroquímica del hierro incrustado en la matriz de esferogel de carbono no es inmediato, sino que se produce progresivamente. Se necesitan unos 300 ciclos de carga y descarga hasta que todas las cavidades de las esferas de carbono se llenan de óxido de hierro y se alcanza la máxima capacidad de almacenamiento", explica Arnold.
Las "baterías basadas en el óxido" aún están en fase de desarrollo
Sin embargo, todavía hay que seguir investigando antes de poder utilizar este mecanismo a escala industrial. El proceso de activación debe ser más rápido para que las baterías alcancen antes su máxima capacidad de almacenamiento. Además, los esferogeles de carbono rellenos de óxido de hierro se utilizan actualmente como ánodo de la batería; aún es necesario desarrollar un cátodo adecuado para obtener una célula completa. Confiamos en que nuestro método facilite el desarrollo de sistemas de almacenamiento intermedio de energía renovable respetuosos con el medio ambiente", afirma Volker Presser, que también dirige el Departamento de Investigación de Materiales Energéticos del INM - Instituto Leibniz de Nuevos Materiales de Saarbrücken. El nuevo material también se probará en baterías de iones de sodio, que los fabricantes chinos de automóviles ya están utilizando. Estos materiales constituyen una plataforma tecnológica versátil que permite integrar in situ en los esferogeles una amplia variedad de otras sustancias en un solo paso de síntesis, lo que abre oportunidades para una amplia gama de aplicaciones tecnológicas", añade Michael Elsässer.
Desarrollar nuevos métodos de reciclado y un suministro de energía respetuoso con el clima
Como parte del proyecto "EnFoSaar", Stefanie Arnold también está investigando cómo se puede recuperar el litio de las baterías y cómo deberían diseñarse las baterías del futuro para que puedan desmontarse a escala industrial. Necesitamos métodos de reciclaje eficientes y sistemas de materiales de circuito cerrado para minimizar el consumo de recursos y reducir los residuos en la cadena de suministro de baterías", afirma Arnold. EnFoSaar es un gran proyecto financiado por el gobierno del Estado del Sarre con 23 millones de euros del Fondo de Transformación del Sarre. Su objetivo es desarrollar enfoques innovadores para un suministro energético respetuoso con el clima e impulsar la transformación de la industria energética del Sarre y el panorama investigador asociado mediante el desarrollo de metodologías innovadoras, científicamente sólidas y aplicables en la práctica.
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.
Publicación original
Más noticias del departamento ciencias
