Un equipo internacional de científicos de NUST MISIS, la Academia de Ciencias de Rusia y el Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf descubrió que en lugar de litio (Li), el sodio (Na) “apilado” de una manera especial puede usarse para la producción de baterías.
Las baterías de sodio serían significativamente más baratas y equivalentes o incluso más potentes que las baterías de litio existentes. Los resultados del estudio se publican en la revista Nano Energy.
Es difícil exagerar el papel de las baterías de iones de litio en la vida moderna. Estas baterías se usan en todas partes: en teléfonos móviles, computadoras portátiles, cámaras, así como en varios tipos de vehículos y naves espaciales.
Las baterías de iones de litio ingresaron al mercado en 1991, y en 2019, sus inventores recibieron el Premio Nobel de química por su revolucionaria contribución al desarrollo de la tecnología. Al mismo tiempo, el litio es un metal alcalino costoso, y sus reservas son limitadas a nivel mundial.
Actualmente, no existe una alternativa remotamente efectiva a las baterías de iones de litio. Debido al hecho de que el litio es uno de los elementos químicos más ligeros, es muy difícil reemplazarlo para crear baterías de gran capacidad.
El equipo de científicos de NUST MISIS, la Academia de Ciencias de Rusia y el Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, dirigido por el profesor Arkadiy Krashennikov, propone una alternativa. Descubrieron que si los átomos dentro de la muestra están “apilados” de cierta manera, entonces los metales alcalinos distintos del litio también demuestran una alta intensidad de energía.
El reemplazo más prometedor para el litio es el sodio (Na), ya que una disposición de dos capas de átomos de sodio en el sándwich bigraphen demuestra una capacidad anódica comparable a la capacidad de un ánodo de grafito convencional en baterías de iones de litio, aproximadamente 335 mA * h/g contra 372 mA * h/g para litio. Sin embargo, el sodio es mucho más común que el litio y, por lo tanto, es más barato y se obtiene más fácilmente.
Una forma especial de apilar átomos es colocarlos uno encima del otro. Esta estructura se crea transfiriendo átomos de una pieza de metal al espacio entre dos hojas de grafeno a alta tensión, lo que simula el proceso de carga de una batería. Al final, se ve como un emparedado que consiste en una capa de carbono, dos capas de metal alcalino y otra capa de carbono.
Ilya Chepkasov, investigador del Laboratorio de Nanomateriales Inorgánicos NUST MISIS, dice: “Durante mucho tiempo, se creía que los átomos de litio en las baterías solo se pueden ubicar en una capa, de lo contrario el sistema será inestable. A pesar de esto, recientes experimentos realizados por nuestros Los colegas alemanes han demostrado que con una cuidadosa selección de métodos, es posible crear estructuras de litio estables de múltiples capas entre capas de grafeno.
“Esto abre amplias perspectivas para aumentar la capacidad de tales estructuras. Por lo tanto, estábamos interesados en estudiar la posibilidad de formar estructuras de múltiples capas con otros metales alcalinos, incluido el sodio, utilizando la simulación por computadora”, agregó Ilya Chepkasov.
Zakhar Popov, investigador principal del Laboratorio NUST MISIS de Nanomateriales Inorgánicos y RAS, dice: “Nuestra simulación muestra que los átomos de litio se unen mucho más fuertemente al grafeno, pero aumentar el número de capas de litio conduce a una menor estabilidad. La tendencia opuesta se observa en el caso del sodio: a medida que aumenta el número de capas de sodio, aumenta la estabilidad de tales estructuras, por lo que esperamos que tales materiales se obtengan en el experimento”.
El siguiente paso del equipo de investigación es crear una muestra experimental y estudiarla en el laboratorio. Esto se manejará en el Instituto Max Planck para la Investigación del Estado Sólido, Stuttgart, Alemania.
Si tiene éxito, podría conducir a una nueva generación de baterías de Na que serán significativamente más baratas y equivalentes o incluso más potentes que las baterías de iones de litio.
Noticia tomada de: Phys / Traducción libre del inglés por World Energy Trade
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