(Phys.org) —Un ingeniero de la Universidad Estatal de Kansas ha logrado un gran avance en las aplicaciones de baterías recargables.

Gurpreet Singh, profesor asistente de ingeniería mecánica y nuclear, y sus estudiantes investigadores son los primeros en demostrar que un papel compuesto —hecho de nanohojas de grafeno y disulfuro de molibdeno intercalado— puede ser un material activo para almacenar eficientemente átomos de sodio y un colector de corriente flexible. El papel compuesto recientemente desarrollado se puede utilizar como electrodo negativo en baterías de iones de sodio.

"La mayoría de los electrodos negativos para baterías de iones de sodio utilizan materiales que experimentan una reacción de 'aleación' con el sodio, ", Dijo Singh." Estos materiales pueden hincharse entre un 400 y un 500 por ciento a medida que la batería se carga y descarga, lo que puede resultar en daños mecánicos y pérdida de contacto eléctrico con el colector de corriente ".

"Disulfuro de molibdeno, el componente principal del electrodo de papel, ofrece un nuevo tipo de química con iones de sodio, que es una combinación de intercalación y una reacción de tipo conversión, "Dijo Singh." El electrodo de papel ofrece una capacidad de carga estable de 230 mAh.g-1, con respecto al peso total del electrodo. Más lejos, la estructura intercalada y porosa del electrodo de papel ofrece canales suaves para que el sodio se difunda hacia adentro y hacia afuera a medida que la celda se carga y descarga rápidamente. Este diseño también elimina los aglutinantes poliméricos y la lámina colectora de corriente de cobre que se usa en un electrodo de batería tradicional ".

La investigación aparece en el último número de la revista. ACS Nano en el artículo "Papel compuesto de MoS2 / grafeno para electrodos de baterías de iones de sodio".

Durante los últimos dos años, los investigadores han estado desarrollando nuevos métodos para la síntesis rápida y rentable de materiales bidimensionales atómicamente delgados:grafeno, molibdeno y disulfuro de tungsteno, en cantidades de gramos, particularmente para aplicaciones de baterías recargables.

Para conocer las últimas investigaciones, Los ingenieros crearon un papel compuesto de gran superficie que consistía en disulfuro de molibdeno en capas tratado con ácido y grafeno químicamente modificado en una estructura intercalada. La investigación marca la primera vez que se utiliza un electrodo de papel tan flexible en una batería de iones de sodio como ánodo que funciona a temperatura ambiente. La mayoría de las baterías comerciales de sodio-azufre funcionan cerca de 300 grados Celsius, Dijo Singh.

Singh dijo que la investigación es importante por dos razones:

1. La síntesis de grandes cantidades de materiales 2-D de una o pocas capas de espesor es fundamental para comprender el verdadero potencial comercial de materiales como los dicalcogenuros de metales de transición, o TMD, y grafeno.

2. Comprensión fundamental de cómo se almacena el sodio en un material en capas a través de mecanismos distintos de la reacción convencional de intercalación y aleación. Además, El uso del grafeno como soporte flexible y colector de corriente es crucial para eliminar la lámina de cobre y hacer baterías recargables más ligeras y flexibles. A diferencia del litio, Los suministros de sodio son esencialmente ilimitados y se espera que las baterías sean mucho más baratas.

"Desde el punto de vista de la síntesis, Hemos demostrado que ciertos dicalcogenuros de metales de transición pueden exfoliarse en ácidos fuertes, "Dijo Singh." Este método debería permitir la síntesis de cantidades de gramos de láminas de disulfuro de molibdeno de pocas capas de espesor, que es muy importante para aplicaciones como baterías flexibles, supercondensadores, y compuestos poliméricos. Para tales aplicaciones, Los copos de TMD que tienen unos pocos átomos de espesor son suficientes. Las escamas de una sola capa de muy alta calidad no son una necesidad ".

Los investigadores están trabajando para comercializar la tecnología, con la asistencia del Instituto de Comercialización de la universidad. También están explorando el almacenamiento de litio y sodio en otros nanomateriales.