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    Hacia una batería mejor:los científicos descubren una fuente de degradación en las baterías de sodio

    Una ilustración muestra la degradación inducida por hidrógeno de una batería de iones de sodio:(1) Cuando hay hidrógeno presente (en un círculo en negro), (2) un átomo de Mn (violeta) puede moverse desde la capa de MnO2 a la capa de Na (amarillo); (3) Mn puede entonces moverse dentro de la capa de Na, y se perderá. Crédito:Hartwin Peelaers

    Las baterías alimentan nuestras vidas:confiamos en ellas para mantener nuestros teléfonos celulares y computadoras portátiles funcionando y nuestros autos híbridos y eléctricos en la carretera. Pero la adopción cada vez mayor de las baterías de iones de litio más comúnmente utilizadas puede en realidad conducir a un mayor costo y una posible escasez de litio, razón por la cual las baterías de iones de sodio se están investigando intensamente como un posible reemplazo. Se desempeñan bien, y sodio, un metal alcalino estrechamente relacionado con el litio, es barato y abundante.

    ¿El reto? Las baterías de iones de sodio tienen una vida útil más corta que sus hermanas de litio.

    Ahora, El científico de materiales computacionales de UC Santa Bárbara, Chris Van de Walle, y sus colegas han descubierto una razón para esta pérdida de capacidad en las baterías de sodio:la presencia involuntaria de hidrógeno, lo que conduce a la degradación del electrodo de la batería. Van de Walle y los coautores Zhen Zhu y Hartwin Peelaers publicaron sus hallazgos en la revista. Química de Materiales .

    "El hidrógeno suele estar presente durante la fabricación del material del cátodo, o puede incorporarse del medio ambiente o del electrolito, "dijo Zhu, que ahora está en Google. "Se sabe que el hidrógeno afecta fuertemente las propiedades de los materiales electrónicos, así que teníamos curiosidad sobre su efecto en NaMnO 2 (dióxido de manganeso de sodio), un material de cátodo común para las baterías de iones de sodio ". Para estudiar esto, los investigadores utilizaron técnicas computacionales que son capaces de predecir los efectos estructurales y químicos que surgen de la presencia de impurezas.

    Profesor Peelaers, ahora en la Universidad de Kansas, describió los hallazgos clave:"Rápidamente nos dimos cuenta de que el hidrógeno puede penetrar muy fácilmente en el material, y que su presencia permite que los átomos de manganeso se desprendan del esqueleto de óxido de manganeso que mantiene unido el material. Esta eliminación de manganeso es irreversible y conduce a una disminución de la capacidad y, por último, degradación de la batería ".

    Los estudios se realizaron en el Grupo de Materiales Computacionales de Van De Walle en UC Santa Barbara.

    "Investigaciones anteriores habían demostrado que la pérdida de manganeso podría tener lugar en la interfaz con el electrolito o podría estar asociada con una transición de fase, pero realmente no identificó un desencadenante, ", Dijo Van de Walle." Nuestros nuevos resultados muestran que la pérdida de manganeso puede ocurrir en cualquier parte del material, si hay hidrógeno presente. Debido a que los átomos de hidrógeno son tan pequeños y reactivos, el hidrógeno es un contaminante común en los materiales. Ahora que se ha señalado su impacto perjudicial, se pueden tomar medidas durante la fabricación y encapsulación de las baterías para suprimir la incorporación de hidrógeno, lo que debería conducir a un mejor rendimiento ".

    De hecho, los investigadores sospechan que incluso las omnipresentes baterías de iones de litio pueden sufrir los efectos nocivos de la incorporación involuntaria de hidrógeno. Si esto causa menos problemas porque los métodos de fabricación están más avanzados en este sistema de materiales maduros, o porque hay una razón fundamental para que las baterías de litio sean más resistentes al hidrógeno no está claro en la actualidad, y será un área de investigación futura.


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