Con el reciente desarrollo creciente de peso ligero, portátil, electrónica flexible y portátil para dispositivos sanitarios y biomédicos, Existe una necesidad urgente de explorar nuevas fuentes de energía con mayor flexibilidad y adaptabilidad humana / tisular. Ahora, los investigadores han diseñado baterías de metal-aire de próxima generación, que se puede fabricar fácilmente en celdas flexibles y similares a una pulsera. Aunque requieren un mayor desarrollo antes de que estén listos para el mercado, Los estudios actuales han establecido pruebas sólidas de que estos dispositivos podrían brindar enormes oportunidades para la próxima generación de dispositivos flexibles y fuentes de energía portátiles y bioadaptables.

"Teóricamente, Las baterías de Mg-aire basadas en electrolitos neutros poseen ventajas potenciales en aplicaciones biomédicas sobre otras contrapartes de metal-aire de base alcalina, "dice el Dr. Chong Cheng, becario de investigación AvH y especialista en nanomateriales de carbono en el Departamento de Química de la Freie Universität Berlin (Alemania). Sin embargo, la aplicación convencional de baterías de Mg-aire enfrentó varios desafíos, uno de los cuales es la lenta cinética de la reacción de reducción de oxígeno (ORR) en el cátodo de aire. En la actualidad, El diseño racional de electrodos de oxígeno avanzados para baterías de Mg-aire con alto voltaje de descarga y capacidad en condiciones neutrales sigue siendo un gran desafío. Hasta ahora, los investigadores no se han dado cuenta de la síntesis escalable de electrocatalizador de oxígeno a base de carbono integrado con una alta actividad catalítica de ORR, estructuras mesoporosas abiertas e interconectadas, y canales porosos tridimensionales para el cátodo de aire.

Para superar la limitación actual sobre la cinética de reacción lenta de los cátodos de aire en las baterías de Mg-aire, El Dr. Chong Cheng de la Freie Universität de Berlín y el Dr. Shuang Li de la Technische Universität de Berlín lograron una síntesis escalable de Fe-Nx atómico acoplado a nanofibras de carbono dopadas con N mesoporosas abiertas como electrodo de oxígeno avanzado para baterías de aire Mg.

"Inspirado en las estructuras de cuerdas fibrosas de bufo-spawn, Diseñamos una nueva estrategia de fabricación basada en el electrohilado de una solución de nanoagregados de sílice ramificada de poliacrilonitrilo y un recubrimiento secundario y carbonización de una capa delgada de estructuras de imidazolato zeolítico dopado con Fe, que dotan a las nanofibras de carbono fabricadas con una estructura mesoporosa abierta y sitios catalíticos de Fe-Nx atómicos acoplados homogéneamente, "dijeron los investigadores.

El electrocatalizador de oxígeno obtenido y el cátodo de aire construido en consecuencia muestran múltiples ventajas, que incluyen estructuras interconectadas y redes tridimensionales jerárquicamente porosas para la difusión de iones / aire, buena bioadaptabilidad, y altas prestaciones electrocatalíticas de oxígeno para electrolitos tanto alcalinos como neutros. Más importante, las baterías de Mg-aire ensambladas con electrolitos neutros revelan un alto voltaje de circuito abierto, mesetas estables del voltaje de descarga, alta capacidad, larga vida útil, y buena flexibilidad.

Las baterías de Mg-air aún no están listas para dispositivos electrónicos y biomédicos comerciales, pero ese futuro parece un poco más cercano. "Creemos que este novedoso electrodo de oxígeno puede satisfacer los desafíos y las necesidades urgentes de cátodos de aire eficientes en baterías de Mg-aire con electrolitos neutros, pero aún se necesita más trabajo, "dice el profesor Rainer Haag.