Las baterías recargables rentables están en el corazón de prácticamente todos los dispositivos electrónicos portátiles, que se han vuelto omnipresentes en la vida diaria moderna. Es más, Las baterías recargables son componentes esenciales en muchas tecnologías respetuosas con el medio ambiente. como los coches eléctricos y los sistemas que cosechan energía renovable. También son habilitadores clave de varios dispositivos médicos y facilitan la investigación en diversos campos como la fuente de energía de los sensores y cámaras electrónicos. Entonces, No debería sorprendernos que se dedique mucho esfuerzo a desarrollar baterías recargables mejores y más baratas.

Hasta aquí, Las baterías recargables de iones de litio ocupan el primer lugar gracias a su gran rendimiento en todos los ámbitos en términos de capacidad. estabilidad, precio, y tiempo de carga. Sin embargo, litio, y otros metales menores y costosos como el cobalto y el cobre, no se encuentran entre los materiales más abundantes en la corteza terrestre, y su demanda cada vez mayor pronto dará lugar a problemas de suministro en todo el mundo. En la Universidad de Ciencias de Tokio, Japón, El profesor Shinichi Komaba y sus colegas se han esforzado por encontrar una solución a este enigma que empeora mediante el desarrollo de baterías recargables utilizando alternativas, materiales más abundantes.

En un estudio reciente publicado en Edición internacional Angewandte Chemie , el equipo encontró un método energéticamente eficiente para producir un nuevo material a base de carbono para baterías de iones de sodio. Aparte del Prof. Komaba, El equipo también incluyó a la Sra. Azusa Kamiyama y al Profesor Asociado Kei Kubota de la Universidad de Ciencias de Tokio, Dr. Yong Youn y Dr. Yoshitaka Tateyama del Instituto Nacional de Ciencia de Materiales, Japón, y el profesor asociado Kazuma Gotoh de la Universidad de Okayama, Japón. El estudio se centró en la síntesis de carbono duro, un material altamente poroso que sirve como electrodo negativo de baterías recargables, mediante el uso de óxido de magnesio (MgO) como plantilla inorgánica de poros de tamaño nanométrico dentro del carbono duro.

Los investigadores exploraron una técnica diferente para mezclar los ingredientes de la plantilla de MgO a fin de ajustar con precisión la nanoestructura del electrodo de carbono duro resultante. Después de múltiples análisis experimentales y teóricos, aclararon las condiciones óptimas de fabricación y los ingredientes para producir carbono duro con una capacidad de 478 mAh / g, el más alto jamás reportado en este tipo de material. El profesor Komaba afirma:"Hasta ahora, la capacidad de los materiales de los electrodos negativos a base de carbono para las baterías de iones de sodio fue en su mayoría de alrededor de 300 a 350 mAh / g. Aunque se han informado valores cercanos a 438 mAh / g, esos materiales requieren tratamiento térmico a temperaturas extremadamente altas por encima de 1900 ° C. A diferencia de, empleamos tratamiento térmico a solo 1500 ° C, una temperatura relativamente baja ". Por supuesto, con una temperatura más baja, se produce un menor gasto de energía, lo que también significa menor costo y menor impacto ambiental.

La capacidad de este material de electrodo de carbono duro recientemente desarrollado es ciertamente notable, y supera con creces al del grafito (372 mAh / g), que se utiliza actualmente como material de electrodo negativo en baterías de iones de litio. Es más, a pesar de que una batería de iones de sodio con este electrodo negativo de carbono duro funcionaría en teoría con una diferencia de voltaje de 0,3 voltios más baja que una batería de iones de litio estándar, la mayor capacidad del primero daría lugar a una densidad de energía por peso mucho mayor (1600 Wh / kg frente a 1430 Wh / kg), resultando en un aumento de + 19% de la densidad de energía.

Emocionado por los resultados y con la mirada puesta en el futuro, El profesor Komaba comenta:"Nuestro estudio demuestra que es posible realizar baterías de iones de sodio de alta energía, anulando la creencia común de que las baterías de iones de litio tienen una mayor densidad de energía. El carbono duro con una capacidad extremadamente alta que desarrollamos ha abierto una puerta hacia el diseño de nuevos materiales de almacenamiento de sodio ".

Se requerirán más estudios para verificar que el material propuesto realmente ofrece una vida útil superior, características de entrada-salida, y funcionamiento a baja temperatura en baterías de iones de sodio reales. Con un poco de suerte, ¡Podríamos estar a punto de presenciar la próxima generación de baterías recargables!