Los materiales novedosos pueden mejorar considerablemente la capacidad de almacenamiento y la estabilidad cíclica de las baterías recargables. Entre estos materiales se encuentran los óxidos de alta entropía (HEO), cuya estabilidad resulta de una distribución desordenada de los elementos. Con HEO, las propiedades electroquímicas se pueden adaptar, como lo encontraron los científicos del equipo del experto en nanotecnología Horst Hahn en el Instituto de Tecnología de Karlsruhe (KIT). Los investigadores informan sus hallazgos en la revista. Comunicaciones de la naturaleza .

El suministro de energía sostenible requiere sistemas de almacenamiento fiables. La demanda de dispositivos de almacenamiento de energía electroquímica recargables para aplicaciones fijas y móviles ha aumentado rápidamente en los últimos años y se espera que continúe creciendo en el futuro. Entre las propiedades más importantes de las baterías se encuentran su capacidad de almacenamiento y su estabilidad cíclica, es decir, el número de posibles procesos de carga y descarga sin pérdida de capacidad. Gracias a su alta estabilidad, Se espera que una clase completamente nueva de materiales llamados óxidos de alta entropía (HEO) produzca mejoras importantes. Es más, Las propiedades electroquímicas de HEO se pueden personalizar variando sus composiciones. Por primera vez, científicos del Instituto de Nanotecnología (INT) de KIT y la Nano Micro Facility de Karlsruhe (KNMF), del Helmholtz Institute Ulm (HIU) establecido conjuntamente por KIT y la Universidad de Ulm, y del Instituto Indio de Tecnología en Madrás ahora han demostrado la idoneidad de HEO como materiales de conversión para el almacenamiento reversible de litio. Las baterías de conversión basadas en la conversión de material electroquímico permiten un aumento de la cantidad de energía almacenada, mientras se reduce el peso de la batería. Los científicos utilizaron HEO para producir electrodos basados ​​en conversión que sobrevivieron a más de 500 ciclos de carga sin una degradación significativa de la capacidad.

El grupo de Materiales Nanoestructurados del profesor Horst Hahn, Director de INT de KIT, es uno de los pioneros en la investigación de óxidos de alta entropía. Los científicos publicaron varias de las publicaciones aún raras sobre estos materiales novedosos que se conocen desde hace unos pocos años. Las propiedades especiales de HEO resultan de la estabilización de la entropía. Esto los hace comparables a las ya más conocidas aleaciones de alta entropía. Los HEO estabilizados por entropía son óxidos complejos que contienen cinco o más cationes metálicos diferentes de las mismas cantidades y que presentan una estructura cristalina de una sola fase. Aunque las estructuras cristalinas típicas de los elementos difieren considerablemente, forman una celosía conjunta y se distribuyen a las posiciones en el cristal sin ningún orden aparente. Este desorden también conocido como alta entropía, estabiliza el material, probablemente porque dificulta la migración de defectos en la celosía.

"Gracias a la alta estabilidad, las interacciones de los diferentes cationes metálicos, y la gran cantidad de combinaciones de elementos factibles, HEO abre oportunidades inimaginables, "dice el profesor Horst Hahn. El estudio presentado en Comunicaciones de la naturaleza concentrado en HEO basado en metales de transición (TM-HEO), que se caracterizan por una alta conductividad de iones de litio. Mediante microscopía electrónica de transmisión (TEM), los investigadores estudiaron la estructura de TM-HEO y su impacto en la reacción de conversión. Descubrieron que la eliminación de un elemento solo reduce la entropía y afecta negativamente a la estabilidad del ciclo. Cada elemento individual influye en el comportamiento electroquímico del TM-HEO, de modo que los materiales se pueden adaptar a diversas aplicaciones. El resultado es un enfoque modular para el desarrollo sistemático de materiales de electrodos. "Nuestro estudio ha demostrado que el HEO estabilizado por entropía difiere considerablemente del material de conversión clásico, ", Dice Horst Hahn." Para aprovechar todo su potencial para las aplicaciones de almacenamiento de energía, sin embargo, se necesita más investigación ".