Una de las claves para construir autos eléctricos que puedan viajar distancias más largas y para alimentar más hogares con energía renovable es desarrollar sistemas de almacenamiento de energía eficientes y altamente capaces.
Los investigadores de materiales del Instituto de Tecnología de Georgia han creado una nanofibra que podría ayudar a habilitar la próxima generación de baterías recargables y aumentar la eficiencia de la producción de hidrógeno a partir de la electrólisis del agua.
En un estudio que se publicó el 27 de febrero en Comunicaciones de la naturaleza y fue patrocinado por la National Science Foundation, los investigadores describen el desarrollo de nanofibras dobles de perovskita que pueden usarse como un catalizador altamente eficiente en reacciones de evolución de oxígeno ultrarrápidas, uno de los procesos electroquímicos subyacentes en la energía basada en hidrógeno y el más nuevobaterías de metal-aire.
"Las baterías de metal-aire, como las que podrían alimentar vehículos eléctricos en el futuro, pueden almacenar mucha energía en un espacio mucho más pequeño que las baterías actuales", dijo Meilin Liu, profesora de regentes en la Escuela Tecnológica de Georgiade Ciencia e Ingeniería de Materiales. "El problema es que las baterías carecen de un catalizador rentable para mejorar su eficiencia. Este nuevo catalizador mejorará ese proceso".
Perovskita se refiere a la estructura cristalina del catalizador que los investigadores usaron para formar las nanofibras.
"Esta estructura cristalina única y la composición son vitales para permitir una mejor actividad y durabilidad para la aplicación", dijo Liu.
Durante el proceso de sintetización, los investigadores utilizaron una técnica llamada ajuste de composición - o "co-dopaje" - para mejorar la actividad intrínseca del catalizador en aproximadamente 4.7 veces. La fibra de óxido de perovskita producida durante el proceso de electrohilado fue de aproximadamente 20nanómetros de diámetro, que hasta ahora es el diámetro más delgado reportado para nanofibras de óxido de perovskita electrospun.
Los investigadores encontraron que la nueva sustancia mostró una capacidad de reacción de evolución de oxígeno notablemente mejorada en comparación con los catalizadores existentes. La actividad catalítica normalizada en masa de la nueva nanofibra mejoró aproximadamente 72 veces más que el catalizador en polvo inicial, y 2.5 veces más que el óxido de iridio, quese considera un catalizador de última generación según los estándares actuales.
El aumento en la actividad catalítica proviene en parte del área de superficie más grande lograda con nanofibras, dijeron los investigadores. Sintetizar la estructura de perovskita en una nanofibra también aumentó su actividad intrínseca, lo que también mejoró la eficiencia con la que funcionó como catalizador para las reacciones de evolución de oxígenoREA.
"Este trabajo no solo representa un avance en el desarrollo de electrocatalizadores altamente eficientes y duraderos para REA, sino que también puede proporcionar información sobre el efecto de las nanoestructuras en la actividad intrínseca de REA", escribieron los investigadores.
Más allá de su aplicabilidad en el desarrollo de baterías de aire recargables de metal, el nuevo catalizador también podría representar el siguiente paso en la creación de tecnologías de celdas de combustible más eficientes que podrían ayudar en la creación de sistemas de energía renovable.
"Solar, eólica, geotérmica, hoy se están volviendo muy económicas. Pero el problema es que esas energías renovables son de naturaleza intermitente", dijo Liu. "Cuando no hay viento, no tienes energía. Pero qué pasaría si pudiéramosalmacena la energía del sol o del viento cuando hay un exceso de suministro. Podemos usar esa electricidad extra para producir hidrógeno y almacenar esa energía para usar cuando la necesitemos ".
Ahí es donde los nuevos catalizadores de nanofibras podrían marcar la diferencia, dijo.
"Para almacenar esa energía, las baterías siguen siendo muy caras", dijo Liu. "Necesitamos un buen catalizador para que la electrólisis del agua sea eficiente. Este catalizador puede acelerar las reacciones electroquímicas en la división del agua o en las baterías de aire de metal".
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Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Georgia . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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