Los óxidos en capas pueden constituir la base de materiales de alto rendimiento para electrodos de batería. Un equipo de KAUST ha desarrollado una técnica barata y sencilla que crea este elemento crucial para las pilas de iones de zinc recargables.

Las baterías de iones de litio alimentan la mayoría de nuestros dispositivos electrónicos cotidianos, como teléfonos celulares y computadoras portátiles. Pero existe una necesidad creciente de almacenar energía a escalas mucho mayores, como retener la electricidad generada por las células solares para su uso nocturno. Escalar la tecnología de baterías de iones de litio hasta una aplicación de nivel industrial de este tipo es costoso y presenta serios problemas de seguridad. incluida la toxicidad y la inflamabilidad de los electrolitos.

El equipo, dirigido por Husam Alshareef, en cambio, está desarrollando baterías de iones de zinc que usan un electrolito a base de agua, que tiene las ventajas de ser estable al aire, a salvo, ecológico y económico. "Las baterías acuosas basadas en iones de zinc pueden ofrecer un solución rentable para baterías de iones de litio para almacenamiento en red, "dice Alshareef." Además, utilizan materiales más respetuosos con el medio ambiente que las baterías de plomo-ácido ".

Las baterías de iones de litio y de iones de zinc funcionan almacenando iones eléctricamente en un electrodo. Durante la carga, iones fluyen a través de un electrolito de un electrodo a otro, donde son capturados por un proceso conocido como intercalación. Esto significa que los materiales de los electrodos son clave para optimizar el rendimiento de una batería.

Una familia de materiales que se ha mostrado muy prometedora en la investigación reciente de baterías de iones de zinc son los compuestos a base de vanadio. Estos materiales tienen una estructura de cristal atómico en capas y muy abierta con muchos espacios para atrapar y almacenar iones de zinc.

El equipo ha desarrollado ahora un método de microondas para sintetizar rápidamente cátodos de pirovanadato de zinc ultralargos (Zn3V2O7 (OH) 2 · 2H2O). Mezclaron Zn (NO3) 2 · 2H2O con polvo comercial de NH4VO3, cada uno disuelto en agua desionizada, y se aplicó radiación de microondas para inducir una reacción. A continuación, el material resultante se secó antes de utilizarlo en una batería.

Esta batería de iones de zinc, ellos enseñan, puede alcanzar una densidad de energía de hasta 214 vatios-hora por kilogramo, que es mucho más alto que las baterías acuosas de iones de zinc y las baterías comerciales de plomo-ácido informadas anteriormente, con estabilidad mejorada.

El equipo cree que su técnica de microondas también podría ser útil para crear otros compuestos de pirovanadato metálico. explica Chuan Xia, Doctor. estudiante y autor principal del estudio. "Ya hemos creado compuestos en los que el zinc se reemplaza con otros cationes que crean poliedros de óxido metálico más grandes que pueden intercalar cantidades aún mayores de iones de zinc, "dice Xia.