Científicos rusos presentan un nuevo y prometedor material para el almacenamiento de energía en baterías, producto de más de tres años de investigación. Incorporando un polímero de Níquel-Salen en el cátodo, el grupo demostró una batería que puede cargarse y descargarse diez veces más rápido que las actuales de iones de litio. Y aunque la batería aún está rezagada en cuanto a capacidad total, el grupo confía en que su descubrimiento conduzca a grandes mejoras para las baterías de litio.
Para los investigadores, no faltan materiales prometedores para nuevas aplicaciones de almacenamiento de energía. Reducir esta lista de posibilidades, para encontrar combinaciones de materiales que superen los problemas de las tecnologías de baterías actuales sin crear otros nuevos, es donde se complica.
Desde 2016, un grupo de científicos de la Universidad rusa de San Petersburgo ha investigado un grupo de materiales conocidos como polímeros redox que contienen nitroxilo. Se sabe que estos materiales tienen una alta densidad de energía y una rápida capacidad redox, lo que permite crear baterías de carga rápida. Sin embargo, se ven frenados por su baja conductividad.
Para superar este problema, el grupo se propuso sintetizar un polímero a partir de un complejo de níquel-salen (NiSalen), que actúa como un hilo molecular al que se unen los “colgantes” de nitroxilo.
“Se nos ocurrió el concepto de este material en 2016. Al estudiar el mecanismo de transporte de carga en esta clase de compuestos, descubrimos que hay dos direcciones clave de desarrollo”, explicó Oleg Levin, profesor de electroquímica de la Universidad de San Petersburgo.
“En primer lugar, estos compuestos pueden utilizarse como capa protectora para cubrir el cable conductor principal de la batería, que de otro modo estaría fabricado con los materiales tradicionales de las baterías de iones de litio. Y en segundo lugar, pueden utilizarse como componente activo de los materiales de almacenamiento de energía electroquímica”.
El grupo primero simuló las características de los diferentes materiales del grupo, para entender las mejores combinaciones. A continuación, empezaron a sintetizar los compuestos, hasta encontrar uno que fuera lo suficientemente estable y eficiente como para trabajar con él, y empezaron a probar su capacidad de almacenamiento.
Los resultados de estas pruebas se encuentran en el artículo The Fast and the Capacious: A [Ni(Salen)]-TEMPO Redox-Conducting Polymer for Organic Batteries, publicado en Batteries and Supercaps.
“El Ni-Salen sirve simultáneamente como colector de carga para los colgantes de nitroxilo y apoya la capacidad redox del material”, afirma el grupo en el artículo.
“Este novedoso polímero exhibe una capacidad específica de hasta 91,5 mAh g-1, reteniendo el 87 % de su capacidad teórica a 800 °C y más del 30 % a una temperatura tan alta como 3000 °C (66 % de retención de la capacidad tras 2000 ciclos).”
Levin señala además que las baterías que incorporan el polímero pueden cargarse con una rapidez hasta diez veces superior a la de las actuales baterías de iones de litio, y superar muchos más problemas de esta tecnología.
El siguiente paso para los investigadores es trabajar en la mejora de la capacidad, que estiman que actualmente es entre un 30 y un 40% inferior a la de las de iones de litio comerciales.
“La nueva batería es capaz de funcionar a bajas temperaturas y será una excelente opción cuando la carga rápida sea crucial. Su uso es seguro: no hay nada que pueda suponer un peligro de combustión, a diferencia de las baterías basadas en cobalto que están muy extendidas hoy en día”, afirma Levin.
“También contiene muchos menos metales que pueden causar daños al medio ambiente. El níquel está presente en nuestro polímero en una pequeña cantidad, pero hay mucho menos que en las baterías de iones de litio”.
Noticia tomada de: PV Magazine / Traducción libre del inglés por World Energy Trade
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