Los avances en las baterías recargables son un regreso a la tecnología de las baterías de ion-sodio

Un grupo de ingenieros de la Universidad del Estado de Kansas ha logrado un gran avance en lo que se refiere a las aplicaciones para baterías recargables. Ellos han demostrado que un papel composite de nanoláminas de disulfuro de molibdeno y de grafeno intercaladas puede ser, a la vez, tanto un material activo para almacenar los átomos de sodio de manera eficiente que como un colector flexible de corriente. El papel de material composite en su nuevo desarrollo se puede utilizar como electrodo negativo en las baterías de ión-sodio.

Nuevo electrodo de papel composite

La mayoría de los electrodos negativos que se utilizan en las baterías de ión-sodio se hacen en base a materiales que reaccionan con el sodio. Estos materiales pueden aumentar su tamaño en un 400% – 500% en función de la carga y descarga de la batería, lo puede ocasionar daños mecánicos y pérdida de contacto eléctrico con el colector de corriente.

El disulfuro de molibdeno es el principal constituyente del electrodo de papel y ofrece un nuevo tipo de reacción química con los iones de sodio, equivalente a una combinación entre la intercalación y la reacción del tipo de conversión. El electrodo de papel ofrece una capacidad de carga estable de 230 mAh/g con respecto al peso total del electrodo.

Además, la estructura intercalada y porosa del electrodo de papel ofrece canales lisos de sodio para difundir dentro y fuera, mientras la célula se carga y se descarga rápidamente. Este diseño también elimina los aglutinantes poliméricos y la lámina del colector de corriente de cobre utilizados en los electrodos de las batería tradicionales.

Por otra parte, es la primera vez que un papel tan flexible se utiliza de electrodo (ánodo) en una batería de iones de sodio. La particularidad es que este ánodo opera a temperatura ambiente. La mayoría de las baterías comerciales de sodio-azufre operan a temperaturas cercanas a los 300 ºC.

La síntesis de grandes cantidades de materiales 2D en una o varias capas gruesas es crucial para entender el verdadero potencial comercial de los materiales llamados dicalcogénidos de metales de transición, TMD, y el grafeno.

También lo es una comprensión básica de cómo se almacena el sodio en un material formado por diferentes capas a través de mecanismos muy distintos a la intercalación convencional y a la reacción de aleación.

Además, el uso de grafeno como soporte flexible y colector de corriente es crucial para la eliminación de la lámina de cobre y para la fabricación de baterías recargables que sean más ligeras y flexibles. En contraste con la escasez que presenta el litio, podemos disponer de sodio de manera ilimitada por lo que resulta muy lógico pensar que las baterías de ión-sodio sean mucho más baratas que las de ión-litio.

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