Un material con capas de agua atómicamente delgadas es prometedor para las tecnologías de almacenamiento de energía, y los investigadores ahora han descubierto que el agua está desempeñando un papel diferente de lo que nadie anticipó. El hallazgo fue posible gracias a un nuevo método de microscopía de fuerza atómica (AFM) que mide la tasa de deformación sub-nanoescala en el material en respuesta a cambios en el material causados ​​por el almacenamiento de energía.

Los investigadores estudiaron el óxido de tungsteno cristalino dihidratado, que consta de capas cristalinas de óxido de tungsteno separadas por capas de agua atómicamente delgadas. El material es de interés porque promete ayudar a almacenar y liberar energía de manera rápida y eficiente. Sin embargo, No ha quedado claro qué papel juega el agua en este proceso.

Para abordar esta pregunta, investigadores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte, el Laboratorio Nacional de Oak Ridge (ORNL) y la Universidad Texas A&M utilizaron una nueva metodología. La nueva técnica se basa en AFM para rastrear la expansión y contracción del material a escala atómica y en tiempo real mientras un instrumento electrónico llamado potenciostato mueve la carga dentro y fuera del material. Esta técnica permitió al equipo detectar incluso deformaciones menores en el material a medida que la carga se movía a través de él.

"Probamos tanto el óxido de tungsteno cristalino dihidrato como el óxido de tungsteno cristalino, que carece de capas de agua, "dice Veronica Augustyn, profesor asistente de ciencia e ingeniería de materiales en NC State y autor correspondiente de un artículo sobre el trabajo. "Y descubrimos que las capas de agua parecen desempeñar un papel importante en la forma en que el material responde mecánicamente al almacenamiento de energía".

"Específicamente, Descubrimos que las capas de agua hacen dos cosas, "dice Ruocun" John "Wang, un doctorado estudiante en el laboratorio de Augustyn y autor principal del artículo. "Uno, las capas de agua minimizan la deformación, lo que significa que el material se expande y contrae menos a medida que los iones entran y salen del material cuando hay capas de agua. Dos, las capas de agua hacen que la deformación sea más reversible, lo que significa que el material vuelve a sus dimensiones originales más fácilmente ".

"En terminos practicos, esto significa que el material con capas de agua es más eficiente para almacenar carga, perdiendo menos energía, "Dice Augustyn.

El papel, "Operando microscopía de fuerza atómica revela la mecánica de la transición de batería a pseudocondensador impulsada por agua estructural, "se publica en la revista ACS Nano .