Caracterización de nuevos materiales para baterías
Cubrir las necesidades energéticas mundiales de forma sostenible y reduciendo la dependencia de los combustibles fósiles es uno de los retos más importantes del siglo XXI. Las baterías de ion-litio lideran el cambio en muchos sentidos: han revolucionado la electrónica de consumo, están accediendo rápidamente al mercado de los automóviles eléctricos y están listas para dominar el sector del almacenamiento de energía en las redes de distribución. El proyecto IONELECTRO (Molecular origins of electrochemical energy storage properties in lithium-ion batteries and supercapacitors), financiado por la Unión Europea, ha aportado información nueva sobre los mecanismos que se producen a escala atómica relevantes para el diseño racional de baterías de ion-litio mejoradas. La estructura siempre está vinculada de forma inherente a la función y esto también se aplica a las baterías de ion-litio. Sin embargo, las estructuras amorfas y los defectos son difíciles de analizar en la escala atómica o en el nivel de transporte iónico. Aprovechando una técnica espectroscópica de resonancia magnética nuclear (RMN) en estado sólido desarrollada recientemente, los científicos han desvelado detalles esenciales sobre los materiales de los electrolitos y electrodos de la nueva generación de baterías de ion-litio. Los investigadores desarrollaron un nuevo enfoque experimental basado en la nueva RMN con el fin de identificar y caracterizar las estructuras y los entornos locales de Li en sólidos que contienen Li y de los defectos en la escala atómica en los electrodos de las baterías cristalinas de ion-litio. Los científicos lograron determinar propiedades en la escala atómica del Li en distintos entornos con un detalle sin precedentes para lograr resultados importantes. A diferencia de otras técnicas que sugieren que un material prometedor para los electrodos de la nueva generación de baterías de ion-litio (LiVPO4F) está muy bien cristalizado, lo cierto es que los experimentos demostraron que contiene muchos defectos y permitieron determinar su naturaleza. Actualmente se está estudiando el origen de estos defectos y su impacto sobre las propiedades electroquímicas. También se encontraron diferencias en los entornos locales de Li en dos formas de otro electrodo para baterías de ion-litio muy prometedor (Li2Fe(SO4)2). Los electrolitos poliméricos son no inflamables y por lo general son más seguros que los electrolitos a base de líquidos orgánicos. Las nuevas técnicas de RMN revelaron información nueva sobre cómo se difunden los iones en distintas escalas de tiempo y distancia en distintos electrolitos poliméricos. Se espera que un mayor conocimiento sobre los materiales de las baterías de ion-litio en la escala atómica ayude a los científicos en su búsqueda de electrodos y electrolitos sólidos para baterías de ion-litio mejorados notablemente mediante un diseño racional. Esto, a su vez, será una aportación valiosa para el futuro del mapa energético global y para reducir la dependencia de la combustión de combustibles fósiles, a favor de la salud del planeta.
Palabras clave
Electroquímico, almacenamiento de energía, ion litio, baterías, supercondensadores, RMN
