Los investigadores están desarrollando un método para aumentar la capacidad de los materiales del cátodo de las baterías de iones metálicos de próxima generación.

Los científicos del Centro Skoltech de Ciencia y Tecnología de la Energía han desarrollado un enfoque enriquecido y escalable para aumentar la capacidad de una amplia gama de materiales de cátodos de baterías de iones metálicos. Estos resultados, publicados en Revista de Química de Materiales A, puede resultar útil para desarrollar una nueva generación de dispositivos recargables avanzados.

El desarrollo de baterías de iones de litio modernas se ha hecho posible gracias a varios avances científicos. Uno de ellos, realizado por el premio Nobel John B. Goodenough, fue una extensión cátodo materiales que contienen iones de litio extraídos de forma reversible. El uso de estos materiales ayudó a evitar ánodos peligrosos como el litio metálico. Sin embargo, los problemas que incluyen capacidad limitada, estabilidad de ciclo moderada, baja tasa de descarga de carga, problemas ambientales, etc., aún deben resolverse.

Durante décadas, los científicos han realizado un gran esfuerzo para desarrollar mejores materiales para baterías. Como resultado, se han propuesto varios materiales de cátodo con propiedades atractivas. Sin embargo, las baterías que dependen de estos materiales a menudo alcanzan su densidad de energía total solo cuando contienen ánodos peligrosos y altamente reactivos con cationes extraíbles. Esto se debe a la falta de iones metálicos en movimiento en los cátodos. Este problema conduce a posibilidades limitadas y, en muchos casos, complica la aplicación práctica de otros materiales atractivos.

El estudiante del Dr. Skoltech Roman Kapaev bajo la supervisión del prof. Keith Stevenson mostró cómo este problema se puede resolver con una amplia variedad de materiales. Se ha propuesto tratar los cátodos con soluciones de agentes reductores que son sales de metales alcalinos derivadas de compuestos aromáticos, por ejemplo, naftaleno o fenzona.

Una ventaja importante de este enfoque es su escalabilidad. El proceso no requiere condiciones sofisticadas y es relativamente seguro. Además, los agentes reductores pueden reciclarse después de su reacción con los cátodos, ya que su química redox es reversible. Estas características hacen que el método sea prometedor para aplicaciones a gran escala.

Este enfoque es adecuado para una amplia gama de materiales de batería orgánicos e inorgánicos. Además, resultó que se aplica no solo a baterías de iones de litio, sino también para las baterías de iones de sodio y potasio, que son dispositivos de almacenamiento de energía potencialmente más sostenibles y más baratos. Fue posible controlar el contenido de iones metálicos en los cátodos regulando la cantidad de agentes reductores o sus potenciales de oxidación.

“Este enfoque puede servir como un poderoso conjunto de herramientas que se puede utilizar para mejorar el rendimiento de varios materiales de batería”, dice Roman Kapaev. “También es un método simple y económico que utiliza reactivos reciclables, por lo que creemos que es adecuado para aplicaciones prácticas a gran escala”.