Investigadores desarrollan alternativas a los materiales tóxicos de los electrodos de dispositivos de almacenamiento
La escasez de recursos naturales a largo plazo es un impedimento para alcanzar el objetivo de almacenamiento y producción de energía limpia y sostenible, esencial para satisfacer la creciente demanda de energía.
Sin embargo, la ciencia y la ingeniería de materiales avanzados están en la vanguardia de la creación de soluciones viables a problemas energéticos complejos. En la actualidad, los investigadores de la Red Mundial de Universidades se proponen desarrollar materiales de electrodo únicos y no tóxicos para baterías recargables de alta densidad energética.
La mayoría de los dispositivos de almacenamiento de energía a gran escala utilizan metales de transición tóxicos y caros como materiales de electrodo. Para que el almacenamiento de energía a escala de red sea sostenible, existe una necesidad permanente de electrodos abundantes, de bajo costo y no tóxicos.
“La mayoría de los materiales utilizados en las actuales baterías de iones de litio disponibles en el mercado siguen basándose en metales tóxicos como el cobalto y el níquel, que se sabe que son cancerígenos”, afirma el profesor Watchareeya Kaveevivitchai, de la Universidad Nacional Cheng Kung (NCKU), investigador del proyecto Asia Sustainable Development Goals (SDGs) Group.
“La sobreexposición a estos metales puede causar irritación y alergias e incluso afectar a los órganos internos del cuerpo. Además, su disponibilidad es otro motivo de preocupación. Por ejemplo, el cobalto es raro y costoso, por lo que es difícil de conseguir para la producción en masa”, indica Kaveevivitchai.
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Nuevas alternativas
El equipo, formado por el profesor Teng-Hao Chen, de la NCKU, el Dr. Huan Doan, de la Universidad de Bristol, el profesor Wei Gao, el Dr. Shanghai Wei y el profesor Mohammed Farid, de la Universidad de Auckland, dirigidos por el profesor Kaveevivitchai, ha concentrado sus esfuerzos en tres áreas distintas, pero relacionadas para lograr este objetivo:
- Desarrollo de materiales conductores para electrodos que contengan cantidades muy bajas de metales tóxicos
- Síntesis de materiales poliméricos porosos basados en componentes abundantes y respetuosos con el medio ambiente como electrodos de baterías
- Diseño de materiales funcionales iónico-conductores como electrolitos de estado sólido para mejorar el rendimiento electroquímico de los dispositivos de almacenamiento de energía.
Las complejas nanoestructuras de estos materiales los convierten en una opción superior a los compuestos convencionales basados en metales de transición que se utilizan actualmente. Además, estos nuevos materiales son abundantes, baratos y más respetuosos con el medio ambiente.
También ofrecen capacidades específicas atractivas. Los materiales orgánicos desarrollados por el equipo, por ejemplo, ofrecen una alta densidad energética con una buena capacidad de velocidad.
La novedosa creación del equipo, la quinona conjugada de hexaazatriantranileno (HATA) (HATAQ), es una pequeña molécula orgánica aceptora de electrones, que puede ofrecer una capacidad muy elevada de almacenamiento de iones metálicos.
“Los materiales orgánicos para electrodos presentan muchas ventajas, como su bajo coste y su respeto por el medio ambiente. También contienen un gran número de sitios activos capaces de experimentar un proceso de transferencia multielectrónica a un potencial que, si se ajusta adecuadamente, puede dar lugar a una alta densidad de energía”, añadió el profesor Kaveevivitchai
Desde julio del año pasado, el equipo ha dado a conocer los resultados de su trabajo en más de 20 publicaciones. Aún quedan más por publicar.
