Las baterías de próxima generación probablemente verán el reemplazo de iones de litio por iones de metales alcalinos o multivalentes más abundantes y ambientalmente benignos. Un gran desafío, sin embargo, es el desarrollo de electrodos estables que combinan altas densidades de energía con velocidades de carga y descarga rápidas. En el diario Angewandte Chemie , Científicos estadounidenses y chinos informan sobre un cátodo de alto rendimiento hecho de un polímero orgánico para su uso en bajo costo, ambientalmente benigno, y baterías duraderas de iones de sodio.

Las baterías de iones de litio son la tecnología más avanzada para dispositivos portátiles, sistemas de almacenamiento de energía, y vehículos eléctricos, cuyo desarrollo ha sido galardonado con el premio Nobel de este año. Sin embargo, Se espera que las baterías de próxima generación proporcionen densidades de energía más altas, mejores capacidades, y el uso de más barato, más seguro y materiales más benignos para el medio ambiente. Los nuevos tipos de baterías que más se exploran emplean esencialmente la misma tecnología de carga y descarga de mecedora que la batería de litio. pero el ion litio se sustituye por iones metálicos baratos como el sodio, magnesio, e iones de aluminio. Desafortunadamente, esta sustitución trae consigo importantes ajustes en los materiales de los electrodos.

Los compuestos orgánicos son favorables como materiales de electrodos porque, para uno, no contienen metales pesados ​​dañinos y costosos, y se pueden adaptar a diferentes propósitos. Su desventaja es que se disuelven en electrolitos líquidos, lo que hace que los electrodos sean inherentemente inestables.

Chunsheng Wang y su equipo de la Universidad de Maryland, NOSOTROS., y un equipo internacional de científicos ha introducido un polímero orgánico como un carga rápida y material insoluble para cátodos de batería. Para el ion sodio, el polímero superó a los cátodos poliméricos e inorgánicos actuales en capacidad de entrega y retención, y para iones multivalentes de magnesio y aluminio, los datos no se quedaron atrás, según el estudio.

Como material catódico adecuado, los científicos identificaron el compuesto orgánico hexaazatrinaftaleno (HATN), que ya ha sido probado en baterías de litio y supercondensadores, donde funciona como un cátodo de alta densidad de energía que intercala rápidamente iones de litio. Sin embargo, como la mayoría de los materiales orgánicos, HATN se disolvió en el electrolito e hizo que el cátodo fuera inestable durante el ciclo. El truco consistía ahora en estabilizar la estructura del material mediante la introducción de vínculos entre las moléculas individuales, explicaron los científicos. Obtuvieron un polímero orgánico llamado HATN polimérico, o PHATN, que ofrecía una cinética de reacción rápida y altas capacidades de sodio, aluminio, e iones magnesio.

Después de ensamblar la batería, los científicos probaron el cátodo PHATN utilizando un electrolito de alta concentración. Encontraron excelentes rendimientos electroquímicos para los iones distintos del litio. La batería de sodio podría funcionar a altos voltajes de hasta 3,5 voltios y mantener una capacidad de más de 100 miliamperios hora por gramo incluso después de 50, 000 ciclos, y las correspondientes baterías de magnesio y aluminio estaban muy por detrás de estos valores competitivos, informaron los autores.

Los investigadores visualizan estos cátodos poliméricos basados ​​en pirazina (la pirazina es la sustancia orgánica en la que se basa HATN; es un aromático similar al benzol, sustancia orgánica rica en nitrógeno con un sabor afrutado) para ser empleada en ambientes ambientalmente benignos, alta densidad de energía, Baterías recargables de próxima generación rápidas y ultraestables.