Investigadores de la Universidad Queen Mary de Londres, La Universidad de Cambridge y el Instituto Max Planck para la Investigación del Estado Sólido han descubierto cómo se puede utilizar una pizca de sal para mejorar drásticamente el rendimiento de las baterías.

Descubrieron que agregar sal al interior de una esponja supermolecular y luego hornearla a alta temperatura transformaba la esponja en una estructura a base de carbono.

Asombrosamente, la sal reaccionó con la esponja de maneras especiales y la convirtió de una masa homogénea a una estructura intrincada con fibras, puntales pilares y webs. Este tipo de estructura de carbono organizada jerárquicamente en 3-D ha demostrado ser muy difícil de cultivar en un laboratorio, pero es crucial para proporcionar un transporte de iones sin obstáculos a los sitios activos de una batería.

En el estudio, publicado en JACS ( Revista de la Sociedad Química Estadounidense ), los investigadores demuestran que el uso de estos materiales en baterías de iones de litio no solo permite que las baterías se carguen rápidamente, pero también en una de las capacidades más altas.

Debido a su intrincada arquitectura, los investigadores han denominado a estas estructuras 'nano-diatomeas', y creen que también podrían utilizarse en el almacenamiento y la conversión de energía, por ejemplo, como electrocatalizadores para la producción de hidrógeno.

El autor principal y líder del proyecto, Dr. Stoyan Smoukov, de la Escuela de Ingeniería y Ciencia de los Materiales de Queen Mary, dijo:"Esta metamorfosis solo ocurre cuando calentamos los compuestos a 800 grados centígrados y fue tan inesperado como incubar dragones nacidos de fuego en lugar de obtener huevos horneados en Game of Thrones. Es muy satisfactorio que después de la sorpresa inicial, también hemos descubierto cómo controlar las transformaciones con composición química ".

Carbón, incluyendo grafeno y nanotubos de carbono, es una familia de los materiales más versátiles de la naturaleza, utilizado en catálisis y electrónica debido a su conductividad y estabilidad química y térmica.

Las nanoestructuras tridimensionales basadas en carbono con múltiples niveles de jerarquía no solo pueden retener propiedades físicas útiles como una buena conductividad electrónica, sino que también pueden tener propiedades únicas. Estos materiales a base de carbono 3-D pueden exhibir una humectabilidad mejorada (para facilitar la infiltración de iones), alta resistencia por unidad de peso, y vías direccionales para el transporte de fluidos.

Está, sin embargo, muy desafiante para hacer estructuras jerárquicas multinivel basadas en carbono, particularmente a través de rutas químicas simples, sin embargo, estas estructuras serían útiles si dichos materiales se van a fabricar en grandes cantidades para la industria.

La esponja supermolecular utilizada en el estudio también se conoce como material de estructura organometálica (MOF). Estos MOF son atractivos, Materiales porosos de diseño molecular con muchas aplicaciones prometedoras, como el almacenamiento y la separación de gases. La retención de una gran superficie después de la carbonización, o el horneado a alta temperatura, los hace interesantes como materiales de electrodos para baterías. Sin embargo, Hasta ahora, la carbonización de MOF ha conservado la estructura de las partículas iniciales como la de una densa espuma de carbono. Añadiendo sales a estas esponjas de MOF y carbonizándolas, los investigadores descubrieron una serie de materiales a base de carbono con múltiples niveles de jerarquía.

Dr. R. Vasant Kumar, un colaborador en el estudio de la Universidad de Cambridge, comentó:"Este trabajo lleva el uso de los MOF a un nuevo nivel. La estrategia para estructurar los materiales de carbono podría ser importante no solo en el almacenamiento de energía sino también en la conversión de energía, y sentir ".

Autor principal, Tiesheng Wang (王铁胜), de la Universidad de Cambridge, dijo:"Potencialmente, podríamos diseñar nano-diatomeas con las estructuras deseadas y los sitios activos incorporados en el carbono, ya que hay miles de MOF y sales que podemos seleccionar ".