El equipo de investigación del Instituto de Nanociencia y Materiales de Aragón (INMA), instituto mixto del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), y la Universidad de Zaragoza ha desarrollado nuevas metodologías para mejorar el comportamiento de los carbones empleados como ánodos en baterías de ion sodio.
La mayoría de los dispositivos electrónicos portátiles y vehículos eléctricos utilizan baterías de ion litio debido a sus excelentes propiedades. Sin embargo, el litio es un material caro, escaso y que solo se encuentra en unos pocos países del mundo. Por ello, los esfuerzos de la comunidad científica se centran en encontrar alternativas a las baterías de ion litio, como es el caso de las baterías de ion sodio.
Las baterías de ion sodio son mucho más baratas, ya que el sodio es un elemento muy abundante y que se distribuye de manera homogénea por la corteza terrestre. Sin embargo, las diferencias en el tamaño y en el comportamiento químico entre el litio y el sodio requieren el desarrollo de materiales específicos que permitan el despliegue de las baterías de ion sodio.
Los conocidos como carbones duros, que se pueden obtener a partir de desechos vegetales, son mejores materiales para los ánodos que el grafito empleado en las baterías de ion litio. En este contexto, los investigadores han tratado de mejorar la energía que son capaces de almacenar los carbones duros. La investigación se ha publicado en la revista científica Science Direct.
Materiales alternativos para los ánodos de las baterías
Por un lado, los expertos han descubierto que la incorporación de nanopartículas de sulfuro de bismuto a los carbones duros consigue aumentar la cantidad de energía que el electrodo puede almacenar. Empleando técnicas de caracterización avanzadas se ha podido comprobar que el aumento en la capacidad de almacenamiento se debe a reacciones químicas entre el bismuto de las nanopartículas y el sodio. Esta estrategia abre la posibilidad de mejorar los ánodos de estas baterías mediante la adición de diferentes nanopartículas capaces de interactuar con el ion sodio.
Por otro lado, los investigadores han observado que el tratamiento de carbones duros con pequeñas moléculas orgánicas a temperatura ambiente es una manera rápida, sencilla y barata de mejorar su rendimiento como ánodos en baterías de ion sodio. La adición de estas moléculas permite controlar el tamaño de poro de los carbones, facilitando la entrada y salida del ion sodio de forma reversible. Este hecho podría ser de interés para otras áreas en las que se usan materiales carbonosos, por ejemplo, en la adsorción de contaminantes o electrocatálisis.
Además, dependiendo de los grupos funcionales que presenten las moléculas orgánicas, se puede controlar la composición de la interfase entre el electrodo y el electrolito. Esta interfase es fundamental para el rendimiento de la batería y su vida útil, por ejemplo, para la mejora del rendimiento con moléculas que tiene grupos tiol en su composición.