Las baterías de litio que alimentan nuestros dispositivos electrónicos y vehículos eléctricos tienen una serie de inconvenientes. El electrolito, el medio que permite que los electrones y las cargas positivas se muevan entre los electrodos, es un líquido inflamable. Además, el litio que 're made of es un recurso limitado que es objeto de importantes problemas geopolíticos. Los especialistas en cristalografía de la Universidad de Ginebra UNIGE han desarrollado un electrolito sólido no inflamable que funciona a temperatura ambiente. Transporta sodio, que se encuentraen todo el mundo, en lugar de litio. Es una combinación ganadora que también significa que es posible fabricar baterías que son más potentes. Las propiedades de estas baterías "ideales" se basarían en la estructura cristalina del electrolito, un hidroborato que consta deboro e hidrógeno. El equipo de investigación de UNIGE ha publicado una caja de herramientas real en la revista Informes de células sobre ciencias físicas que contiene la estrategia para la fabricación de electrolitos sólidos destinados a desarrolladores de baterías.
El desafío de almacenar energía es colosal para las iniciativas de sostenibilidad. De hecho, el desarrollo de vehículos eléctricos que no emitan gases de efecto invernadero depende de la existencia de baterías potentes y seguras, al igual que el desarrollo de energías renovables - solar y eólica -depende de la capacidad de almacenamiento de energía. Las baterías de litio son la respuesta actual a estos desafíos. Desafortunadamente, el litio requiere electrolitos líquidos, que son altamente explosivos en caso de una fuga. "Es más, el litio no se encuentra en todas partes de la tierra y creacuestiones geopolíticas similares a las que rodean al petróleo. El sodio es un buen candidato para reemplazarlo porque tiene propiedades químicas y físicas cercanas al litio y se encuentra en todas partes ", argumenta Fabrizio Murgia, becario postdoctoral de la Facultad de Ciencias de UNIGE.
temperatura demasiado alta
Los dos elementos, sodio y litio, están uno cerca del otro en la tabla periódica. "El problema es que el sodio es más pesado que su primo litio. Eso significa que tiene dificultades para abrirse camino en el electrolito de la batería", agrega.Matteo Brighi, becario postdoctoral de UNIGE y primer autor del estudio. En consecuencia, existe la necesidad de desarrollar electrolitos capaces de transportar cationes como el sodio. En 2013 y 2014, grupos de investigación japoneses y estadounidenses identificaron a los hidroboratos como buenos conductores de sodio enmás de 120 ° C.A primera vista, esta es una temperatura excesiva para el uso diario de las baterías ... ¡pero una bendición para el laboratorio de Ginebra!
Con décadas de experiencia en hidroboratos utilizados en aplicaciones como el almacenamiento de hidrógeno, los cristalógrafos de Ginebra se pusieron a trabajar para reducir la temperatura de conducción. "Obtuvimos muy buenos resultados con excelentes propiedades compatibles con baterías. Logramos utilizar hidroboratos como electrolito detemperatura ambiente a 250 grados Celsius sin problemas de seguridad. Además, resisten mayores diferencias de potencial, lo que significa que las baterías pueden almacenar más energía ", continúa Radovan Cerny, profesor del Laboratorio de Cristalografía de UNIGE y líder del proyecto.
La solución: un desorden
La cristalografía, una ciencia situada entre la mineralogía, la física y la química, se utiliza para analizar y comprender las estructuras de sustancias químicas y predecir sus propiedades. Gracias a la cristalografía, es posible diseñar materiales. Es este enfoque cristalográfico que seutilizado para implementar las estrategias de fabricación publicadas por el trío de investigadores con sede en Ginebra. "Nuestro artículo ofrece ejemplos de estructuras que se pueden utilizar para crear y alterar los hidroboratos", dice Murgia. La estructura de los hidroboratos permite esferas de boro y negativamente-hidrógeno cargado para emerger. Estos espacios esféricos dejan suficiente espacio para que pasen los iones de sodio con carga positiva. "Sin embargo, a medida que las cargas negativas y positivas se atraen entre sí, necesitábamos crear un desorden en la estructura para romper los hidroboratos y permitir que el sodiomoverse ", continúa Brighi.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Ginebra . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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