Las baterías de próxima generación probablemente verán el reemplazo de iones de litio por metales alcalinos o iones multivalentes más abundantes y benignos para el medio ambiente. Sin embargo, un desafío importante es el desarrollo de electrodos estables que combinen altas densidades de energía con velocidades de carga y descarga rápidas.En el diario Angewandte Chemie , científicos estadounidenses y chinos informan que un cátodo de alto rendimiento hecho de un polímero orgánico para ser utilizado en baterías de iones de sodio duraderas, ambientalmente benignas y de bajo costo.
Las baterías de iones de litio son la tecnología más avanzada para dispositivos portátiles, sistemas de almacenamiento de energía y vehículos eléctricos, cuyo desarrollo ha sido galardonado con el premio Nobel de este año. Sin embargo, se espera que las baterías de próxima generaciónproporcionan mayores densidades de energía, mejores capacidades y el uso de materiales más baratos, más seguros y más benignos para el medio ambiente. Los nuevos tipos de baterías que se exploran más emplean esencialmente la misma tecnología de carga y descarga de silla mecedora que la batería de litio, pero el ion de litio essustituido con iones metálicos baratos como iones de sodio, magnesio y aluminio. Desafortunadamente, esta sustitución conlleva importantes ajustes en los materiales de los electrodos.
Los compuestos orgánicos son favorables como materiales de electrodo porque, por un lado, no contienen metales pesados dañinos y caros, y se pueden adaptar a diferentes propósitos. Su desventaja es que se disuelven en electrolitos líquidos, lo que hace que los electrodos sean inherentemente inestables.
Chunsheng Wang y su equipo de la Universidad de Maryland, EE. UU., Y un equipo internacional de científicos han introducido un polímero orgánico como material insoluble, de alta capacidad y carga rápida para los cátodos de batería. Para el ion de sodio, el polímeroLos datos de los cátodos poliméricos e inorgánicos actuales superaron en capacidad de entrega y retención, y para los iones de magnesio y aluminio multivalentes, los datos no se quedaron muy atrás, según el estudio.
Como material catódico adecuado, los científicos identificaron el compuesto orgánico hexaazatrinaftaleno HATN, que ya ha sido probado en baterías de litio y supercondensadores, donde funciona como un cátodo de alta densidad de energía que intercala rápidamente los iones de litio.La mayoría de los materiales orgánicos, HATN se disolvió en el electrolito e hizo que el cátodo fuera inestable durante el ciclo. El truco consistía ahora en estabilizar la estructura del material mediante la introducción de enlaces entre las moléculas individuales, explicaron los científicos. Obtuvieron un polímero orgánico llamado HATN polimérico, o PHATN,que ofreció una cinética de reacción rápida y altas capacidades para los iones de sodio, aluminio y magnesio.
Después de ensamblar la batería, los científicos probaron el cátodo PHATN usando un electrolito altamente concentrado. Encontraron excelentes desempeños electroquímicos para los iones no litio. La batería de sodio podía funcionar a altos voltajes de hasta 3.5 voltios y mantener una capacidad demás de 100 miliamperios hora por gramo incluso después de 50,000 ciclos, y las baterías de magnesio y aluminio correspondientes estuvieron muy por detrás de estos valores competitivos, informaron los autores.
Los investigadores prevén que estos cátodos poliméricos a base de pirazina la pirazina es la sustancia orgánica en la que se basa HATN; es una sustancia orgánica aromática, rica en nitrógeno, similar al benzol y con un sabor afrutado para ser empleada en productos ambientalmente benignosbaterías recargables de próxima generación de densidad energética, rápidas y ultraestables.
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Materiales proporcionado por Wiley . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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