Las baterías de litio-aire están preparadas para convertirse en el próximo reemplazo revolucionario de las baterías de iones de litio que se utilizan actualmente para alimentar vehículos eléctricos. teléfonos celulares y computadoras.

Baterías de litio-aire, que actualmente se encuentran todavía en las etapas experimentales de desarrollo, puede almacenar 10 veces más energía que las baterías de iones de litio, y son mucho más ligeros. Dicho eso Las baterías de litio-aire podrían ser aún más eficientes y proporcionar más carga con la incorporación de catalizadores avanzados hechos de materiales bidimensionales. Los catalizadores ayudan a aumentar la velocidad de las reacciones químicas dentro de las baterías, y dependiendo del tipo de material del que está hecho el catalizador, pueden ayudar a aumentar significativamente la capacidad de la batería para retener y proporcionar energía.

"Vamos a necesitar baterías de muy alta densidad de energía para alimentar las nuevas tecnologías avanzadas que se incorporan a los teléfonos, portátiles y especialmente vehículos eléctricos, "dijo Amin Salehi-Khojin, profesor asociado de ingeniería mecánica e industrial en la Facultad de Ingeniería de la UIC. Salehi-Khojin y sus colegas sintetizaron varios materiales 2-D que pueden servir como catalizadores. Varios de sus materiales 2-D, cuando se incorpora en baterías experimentales de litio-aire como catalizador, permitió que la batería retenga hasta 10 veces más energía que las baterías de litio-aire que contienen catalizadores tradicionales. Sus hallazgos se publican en la revista Materiales avanzados .

"En la actualidad, los vehículos eléctricos tienen un promedio de aproximadamente 100 millas por carga, pero con la incorporación de catalizadores 2-D en baterías de litio-aire, podríamos proporcionar cerca de 400 a 500 millas por carga, que sería un verdadero cambio de juego, "dijo Salehi-Khojin, quien también es el autor correspondiente del artículo. "Este sería un gran avance en el almacenamiento de energía".

Salehi-Khojin y sus colegas sintetizaron 15 tipos diferentes de dicalcogenuros de metales de transición 2-D o TMDC. Los TMDC son compuestos únicos porque tienen una alta conductividad electrónica y una rápida transferencia de electrones que pueden usarse para participar en reacciones con otros materiales. como las reacciones que tienen lugar dentro de las baterías durante la carga y descarga.

Los investigadores estudiaron experimentalmente el rendimiento de 15 TMDC como catalizadores en un sistema electroquímico que imita una batería de litio-aire.

"En su forma bidimensional, Estos TMDC tienen propiedades electrónicas mucho mejores y una mayor superficie reactiva para participar en reacciones electroquímicas dentro de una batería mientras su estructura permanece estable. "explicó Leily Majidi, estudiante de posgrado en la Facultad de Ingeniería de la UIC y primer autor del artículo.

"Las tasas de reacción son mucho más altas con estos materiales en comparación con los catalizadores convencionales utilizados, como el oro o el platino, "Dijo Majidi.

Una de las razones por las que los TDMC 2-D funcionaron tan bien es porque ayudan a acelerar las reacciones de carga y descarga que ocurren en las baterías de litio-aire.

"Esto sería lo que se conoce como bifuncionalidad del catalizador, "Dijo Salehi-Khojin.

Los materiales bidimensionales también se sinergizan con el electrolito, el material a través del cual se mueven los iones durante la carga y descarga.

"Los TDMC 2-D y el electrolito líquido iónico que usamos actúan como un sistema de cocatalizador que ayuda a que los electrones se transfieran más rápido, lo que lleva a cargas más rápidas y un almacenamiento y descarga de energía más eficientes ".

"Estos nuevos materiales representan una nueva vía que puede llevar las baterías al siguiente nivel, solo necesitamos desarrollar formas de producirlos y ajustarlos de manera más eficiente y en escalas más grandes, "Dijo Salehi-Khojin.