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Dispositivos energéticos a base de materiales nanoestructurados

La puesta a punto de materiales estructurados es una de las estrategias más prometedoras para mejorar el rendimiento electroquímico de las baterías de ión litio (ión Li). Últimamente, se han realizado importantes esfuerzos de investigación de las ventajas asociadas a los materiales conductores de Li nanoestructurados.
Dispositivos energéticos a base de materiales nanoestructurados
Se han sugerido diferentes configuraciones para baterías nuevas que mejoran la densidad energética respecto de las baterías de Li actuales. Estas baterías nuevas presentan ciertas similitudes. Se utiliza metal Li puro como ánodo para maximizar la densidad energética. Además, se utilizan soluciones acuosas como catolito pues transportan iones de forma rápida, son muy fiables y económicas.

El uso de electrolitos sólidos está limitado por el hecho de que las conductividades de utilidad que alcanzan son a temperaturas por encima de 50 °C. Aun así, respecto de los electrolitos líquidos, las temperaturas son un orden de magnitud inferior. Para solucionar este inconveniente, los científicos centraron su atención en los materiales conductores de ión Li nanoestructurados.

En el marco del proyecto financiado por la Unión Europea NANOLICOM (Nanostructured lithium conducting materials), se reunió a un grupo de químicos, físicos y técnicos de materiales que trabajó con el fin de investigar los efectos del tamaño y la cristalinidad del grano sobre el transporte iónico en estos materiales. Esto se logró mediante un programa de intercambio entre la UE y Ucrania.

El primer paso incluyó explorar diferentes rutas de síntesis de preparación de nanopolvos con tamaños de grano desde 10 a 500 nm. Se tuvieron en cuenta diferentes procesos químicos suaves, incluyendo el método de complejo polimerizable in situ. Los científicos de NANOLICOM realizaron diferentes experimentos para definir los parámetros de síntesis óptimos que permiten obtener nanopartículas puras y bien cristalizadas.

Además, para desarrollar las películas delgadas de los nanomateriales conductores de Li se utilizaron técnicas de revestimiento por rotación y deposición catódica de magnetrón bajo radiofrecuencia. Para preparar cerámicas densas preservando la nanoestructura del polvo, el equipo de trabajo utilizó técnicas como la sinterización a bajas temperaturas, la sinterización rápida y la sinterización mediante corriente eléctrica pulsada (SPS).

En particular, la SPS como procedimiento para la densificación de cerámicas disminuye la conductividad cerámica en comparación con otros métodos, pues aumenta el volumen de la superficie límite del grano. Se alcanzaron resultados muy interesantes con la investigación de los principales factores que influyen sobre la conductividad de las cerámicas o de las películas delgadas de perovskitas, los materiales tipo Nasicon y oxinitruros fosfóricos de litio.

Las investigaciones realizadas por los científicos de NANOLICOM se han difundido en artículos publicados y en ponencias en conferencias internacionales. Los resultados brindan importantes conocimientos sobre la relación entre las estructuras sólidas iónicas y las propiedades físicas, que permitirán diseñar racionalmente los dispositivos para la conversión y el almacenamiento de energía electroquímica.

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Palabras clave

Materiales nanoestructurados, ión litio, ión Li, materiales conductores, densidad energética
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