Nanoingeniería para mejorar el almacenamiento de energía

El rápido desarrollo de las fuentes de energías renovables ha desencadenado una enorme demanda de sistemas estacionarios de almacenamiento de energía a gran escala, rentables y de alta densidad energética.

Las baterías de iones de litio (LIB) tienen muchas ventajas, pero hay elementos metálicos mucho más abundantes disponibles, como el sodio, el potasio, el zinc y el aluminio.

Estos elementos tienen una química similar a la del litio y han sido recientemente investigados exhaustivamente en el ámbito de las baterías, incluyendo las baterías de iones de sodio (SIB), las baterías de iones de potasio (PIB), las baterías de iones de zinc (ZIB) y las baterías de iones de aluminio (AIB). A pesar de los aspectos prometedores relacionados con el potencial “redox” y la densidad de energía, el desarrollo de estas baterías más allá del ion litio se ha visto obstaculizado por la falta de materiales adecuados para los electrodos.

Una nueva investigación dirigida por el profesor Guoxiu Wang de la Universidad de Tecnología de Sydney, y publicada en Nature Communications, describe una estrategia que utiliza una ingeniería especial sobre un nanomaterial de grafeno 2D para producir un nuevo tipo de cátodo. Dicha ingeniería implica el proceso de ajustar las propiedades de un material alterando sus atributos mecánicos o estructurales.

Una novedosa nanoarquitectura para materiales permite el desarrollo de baterías de alta energía de nueva generación más allá de la química del ion litio. (Foto: University of Technology Sydney)

"Las baterías con materiales más allá de los iones de litio son candidatas prometedoras para aplicaciones de almacenamiento de energía de alta densidad, bajo costo y a gran escala. Sin embargo, el principal desafío radica en el desarrollo de materiales de electrodo adecuados", dijo el Profesor Wang, Director del Centro de Tecnología de Energía Limpia de la UTS. Esta investigación demuestra un nuevo tipo de cátodos que podría resolver el problema.

"Cuando se aplicaron como cátodos en baterías de iones K+, logramos una alta capacidad específica de 160 mA h g-1 y una gran densidad de energía de ~570 W h kg-1, presentando el mejor rendimiento reportado hasta la fecha. Además, la heteroestructura multicapa 2D preparada puede extenderse también como cátodos para baterías de alto rendimiento de Na+, Zn2+ y Al3+-ion.

"La estrategia de esta nueva ingeniería podría extenderse a muchos otros nanomateriales para el diseño racional de materiales de electrodos, hacia aplicaciones de almacenamiento de alta energía más allá de la química de iones de litio", dijo el profesor Wang. (Fuente: NCYT Amazings)