Los investigadores han presentado un material de electrodo novedoso para un dispositivo avanzado de almacenamiento de energía que se carga directamente con oxígeno del aire. El equipo del profesor Jeung Ku Kang sintetizó y conservó las partículas subnanométricas de los tamaños de los cúmulos atómicos con cargas de masa elevadas dentro de los marcos organometálicos (MOF) controlando el comportamiento de los reactivos a nivel molecular. Esta nueva estrategia asegura un alto rendimiento para las baterías de litio-oxígeno, aclamada como tecnología de almacenamiento de energía de próxima generación y ampliamente utilizada en vehículos eléctricos.

Las baterías de litio-oxígeno, en principio, pueden generar densidades de energía diez veces más altas que las baterías de iones de litio convencionales, pero sufren de una ciclabilidad muy pobre. Uno de los métodos para mejorar la estabilidad del ciclo es reducir el sobrepotencial de los electrocatalizadores en los electrodos catódicos. Cuando el tamaño de un material electrocatalizador se reduce al nivel atómico, el aumento de la energía superficial conduce a un aumento de la actividad mientras acelera significativamente la aglomeración del material.

Como solución a este desafío, El profesor Kang del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales tenía como objetivo mantener la actividad mejorada mediante la estabilización de electrocatalizadores de tamaño de escala atómica en los espacios subnanométricos. Esta es una estrategia novedosa para producir y estabilizar simultáneamente electrocatalizadores de nivel atómico dentro de estructuras organometálicas (MOF).

Las estructuras metalorgánicas ensamblan continuamente iones metálicos y enlazadores orgánicos.

El equipo controló las afinidades de hidrógeno entre las moléculas de agua para separarlas y transferir las moléculas de agua aisladas una por una a través de los poros subnanométricos de los MOF. Las moléculas de agua transferidas reaccionaron con iones de cobalto para formar hidróxido de cobalto dinauclear en condiciones sintéticas controladas con precisión. luego, el hidróxido de cobalto de nivel atómico se estabiliza dentro de los poros subnanométricos.

El hidróxido de cobalto dinauclear que se estabiliza en los poros subnanométricos de las estructuras organometálicas (MOF) redujo el sobrepotencial en un 63,9% y mostró mejoras de diez veces en el ciclo de vida.

El profesor Kang dijo:"La generación y estabilización simultánea de electrocatalizadores de nivel atómico dentro de MOF puede diversificar materiales de acuerdo con numerosas combinaciones de enlazadores metálicos y orgánicos. Puede expandir no solo el desarrollo de electrocatalizadores, sino también diversos campos de investigación como los fotocatalizadores, medicamento, el entorno, y petroquímicos ".

Este estudio se informó en Ciencia avanzada , titulado "Producción autógena y estabilización de partículas subnanométricas altamente cargadas dentro de estructuras metálicas orgánicas huecas de varias cubiertas y su utilización para un alto rendimiento en Li-O" ₂ Baterías ".