Las baterías de iones de litio son una piedra angular de nuestra tecnología debido a sus capacidades de almacenamiento de energía. Pero el litio en sí no es tan bueno cuando se consideran los costos ambientales y monetarios de su producción. Una mejor alternativa sería el sodio, que abunda en la Tierra, pero fabricar baterías de sodio no está exento de dificultades. Sin embargo, uno de esos podría haber sido resuelto.
Investigadores de la Universidad Tecnológica de Chalmers han podido construir materiales de electrodos de alto rendimiento para baterías de sodio con un tipo especial de grafeno. La batería muestra una capacidad de energía muy cercana a la que se puede encontrar en las baterías de litio estándar. El avance se publicó en Science Advances.
En las baterías de litio, el ánodo está hecho de grafito, el material de la mina de un lápiz, que es capa sobre capa de grafeno. Los iones de litio son lo suficientemente pequeños como para entrar y salir de las capas de grafeno, pero el sodio es mucho más grueso, por lo que no puede usar el mismo truco. Y ahí es donde entra el grafeno Janus. Esta versión del grafeno se puede organizar en capas que permiten que fluyan los iones de sodio.
“Hemos agregado un espaciador de moléculas en un lado de la capa de grafeno. Cuando las capas se apilan, la molécula crea un espacio más grande entre las hojas de grafeno y proporciona un punto de interacción, lo que conduce a una capacidad significativamente mayor ”, dijo el autor principal, el Dr. Jinhua Sun, en un comunicado.
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| En las baterías de litio, el ánodo está hecho de grafito, el material de la mina de un lápiz, que es capa sobre capa de grafeno. |
La capacidad de una batería de sodio que usa grafito estándar es de 35 miliamperios hora por gramo, que es menos de una décima parte de lo que obtiene de una batería de litio estándar. El nuevo enfoque con el grafeno de Jannus llega a 322 miliamperios hora por gramo. Aún menos que el litio, pero mucho más cercano. Y son totalmente reversibles y tienen una alta estabilidad de ciclos.
“Fue realmente emocionante cuando observamos la intercalación de iones de sodio con una capacidad tan alta. La investigación aún se encuentra en una etapa inicial, pero los resultados son muy prometedores. Esto muestra que es posible diseñar capas de grafeno en una estructura ordenada que se adapte a los iones de sodio, haciéndolo comparable al grafito ”, agregó el profesor Aleksandar Matic del Departamento de Física de Chalmers.
El nombre de este grafeno proviene del dios romano Jano. El grafeno está hecho de carbono organizado en una sola capa de un átomo de espesor. Janus es conocido por tener dos caras, por lo que aquí simboliza el hecho de que esta capa se ve diferente en un lado debido al espaciador de moléculas. Janus también es el dios de las puertas, y al equipo le gustó la idea de que el material abrirá la puerta a nuevas tecnologías.
“Nuestro material Janus todavía está lejos de las aplicaciones industriales, pero los nuevos resultados muestran que podemos diseñar las láminas de grafeno ultradelgadas, y el pequeño espacio entre ellas, para un almacenamiento de energía de alta capacidad. Estamos muy contentos de presentar un concepto con metales rentables, abundantes y sostenibles ”, concluyó Vincenzo Palermo, profesor afiliado del Departamento de Ciencia Industrial y de Materiales de Chalmers.
Fuente: https://www.iflscience.com/technology/new-type-of-graphene-paves-the-way-for-sustainable-sodium-batteries/