Un equipo de la HZB desvela el potencial de carga rápida de las baterías de iones de sodio
El estudio demuestra que la cointercalación de disolventes en los cátodos de iones de sodio favorece un alto rendimiento con una pérdida mínima de capacidad, lo que apunta a nuevas estrategias de diseño para las baterías avanzadas de iones de sodio. Dirigido por el profesor Philipp Adelhelm, demuestra que la cointercalación, considerada durante mucho tiempo perjudicial para la estabilidad de las baterías, puede en cambio mejorar el rendimiento en los materiales de los cátodos.
Las baterías convencionales de iones de litio y de iones de sodio se basan en la intercalación, en la que los iones migran a las estructuras de los electrodos. Por el contrario, tradicionalmente se pensaba que la cointercalación -en la que los iones y las moléculas de disolvente se mueven juntos- provocaba fallos rápidos.
En colaboración con socios internacionales, los investigadores de HZB han demostrado ahora que la cointercalación de iones y moléculas de disolvente en materiales catódicos puede ser un proceso reversible y rápido. Los hallazgos abren una vía para conseguir células de iones de sodio eficientes con altas velocidades de carga.
"El proceso de cointercalación podría utilizarse para desarrollar baterías muy eficaces y de carga más rápida. Por eso quisimos investigar este tema con más detalle", afirma Adelhelm.
El equipo investigó los sulfuros de metales de transición estratificados como posibles anfitriones catódicos. Durante un periodo de tres años, la Dra. Yanan Sun, del HZB, llevó a cabo mediciones de cambio de volumen, estudios estructurales con radiación sincrotrón en PETRA III del DESY y pruebas electroquímicas de sistemas electrodo-solvente. Los investigadores identificaron parámetros para predecir el comportamiento de cointercalación en futuros materiales.
"El proceso de cointercalación en los materiales catódicos difiere significativamente de lo que ocurre en los ánodos de grafito", explica Sun. Estudios anteriores de HZB en grafito mostraron una migración reversible del sodio con moléculas de glima, pero la aplicación en cátodos seguía siendo esquiva. En el nuevo trabajo, los cátodos conservaron su capacidad al tiempo que demostraron una cinética de reacción inusualmente alta.
"Sobre todo, ciertos materiales del cátodo ofrecen una gran ventaja: la cinética es superrápida, casi como la de un supercondensador", señala Sun.
"Explorar el concepto de cointercalación era extremadamente arriesgado porque va en contra de los conocimientos clásicos sobre pilas. Por eso me sentí muy agradecido de recibir financiación para esta idea del Consejo Europeo de Investigación a través de una subvención de consolidación del ERC", subraya Adelhelm.
0 Comentarios