¿Qué puede reemplazar el litio en las baterías?

El papel del litio, o mejor dicho, de las baterías de iones de litio, en nuestras vidas, difícilmente se puede sobreestimar. Se utilizan en todas partes: en teléfonos móviles, ordenadores portátiles, cámaras, así como en el transporte terrestre, marítimo y ferroviario y en la tecnología espacial. Las baterías de iones de litio ingresaron al mercado en 1991 y, en 2019, sus inventores recibieron el Premio Nobel de Química por su contribución revolucionaria al desarrollo de la tecnología. Al mismo tiempo, el litio es un metal alcalino caro y sus reservas son muy limitadas. Actualmente, no existe una alternativa a las baterías de iones de litio con una eficiencia comparable. Debido al hecho de que el litio es uno de los elementos más ligeros de la tabla periódica, es muy difícil encontrar un reemplazo para crear baterías de alta capacidad.



Un equipo internacional de científicos de NUST MISIS, el Instituto de Química Bioorgánica de la Academia de Ciencias de Rusia y el Centro Helmholtz de Dresden-Rossendorf estableció que en lugar de litio en las baterías, se puede usar sodio, "empaquetado" de una manera especial. Las baterías de sodio serán significativamente más baratas, aunque no inferiores en capacidad a las de iones de litio, y a largo plazo incluso las superarán.







En el curso de la investigación, se encontró que si los átomos dentro de la muestra están "empaquetados" de cierta manera, entonces otros metales alcalinos también exhibirán una alta intensidad energética. El reemplazo más prometedor del litio es el sodio, ya que incluso con una disposición de dos capas de átomos de sodio en la estructura bigrafeno (dos capas de grafeno, superior e inferior), la capacidad de dicho ánodo se vuelve comparable a la capacidad de un ánodo de grafito convencional en baterías de iones de litio: aproximadamente 335 mA * h / g (miliamperios-hora por gramo de material) versus 372 mAh / g para el litio. Además, el sodio es mucho más abundante en la naturaleza que el litio. Por ejemplo, la sal de mesa común contiene la mitad de este elemento.



Una forma especial de apilar átomos no es más que disponerlos en varias capas, una encima de la otra. Esta estructura se crea transfiriendo átomos de una pieza de metal al espacio entre dos hojas de grafeno de alto voltaje, que imita el proceso de carga de una batería. El resultado es un sándwich: una capa de carbono, dos capas de metal alcalino y nuevamente una capa de carbono.

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El siguiente paso del equipo de investigación es crear una muestra experimental y estudiarla en el laboratorio. Esto lo hará la parte extranjera del equipo del Helmholtz Centre Dresden-Rossendorf. Si tiene éxito, será posible hablar de la creación de una nueva generación de baterías de sodio, que serán comparables en capacidad a las de iones de litio, o incluso las superarán, a la vez que costarán varias veces más baratas.



Se publicó un artículo sobre la investigación en la revista Nano Energy .