Investigadores de la Humboldt-Universität zu Berlín, bajo la dirección del Prof. Dr. Nicola Pinna y la Dr. Patrícia Russo, han logrado una innovadora estrategia que permite mejorar el rendimiento de las baterías mediante la alteración controlada de su estructura atómica. Este avance resulta en anodos de alto rendimiento para baterías de iones de litio y sodio, capaces de cargar a velocidades excepcionales y con una notable estabilidad, marcando un paso crucial hacia el desarrollo de sistemas de almacenamiento energético más seguros y duraderos.
Estrategias innovadoras en el diseño de materiales
Tradicionalmente, se ha sostenido que en los materiales para baterías, cuanto más perfecta sea la estructura cristalina, mejor será la conductividad iónica. Sin embargo, este enfoque ha mostrado limitaciones, ya que la perfección estructural a menudo conlleva rigidez, movilidad iónica restringida y un rendimiento deficiente a altas velocidades de carga. En dos estudios publicados en las revistas Nature Communications y Advanced Materials, los investigadores han desafiado esta noción: sus hallazgos indican que una desorganización controlada puede mejorar la conductividad iónica, aumentar la estabilidad cíclica y abrir nuevas vías para mecanismos de almacenamiento en baterías. “Nuestros resultados demuestran que la imperfección intencionada puede ser una herramienta poderosa en el diseño de materiales”, afirma el Prof. Dr. Pinna. La Dr. Russo complementa: “Al romper deliberadamente el orden atómico, estamos abriendo caminos completamente nuevos hacia baterías de alto rendimiento que sean más duraderas y sostenibles”.
A través de la introducción de desorden estructural en óxidos de niobio-tungsteno y una amorfización controlada del material en niobato de hierro, los científicos han desarrollado nuevos compuestos para baterías más eficientes y duraderas. Para las baterías de iones de litio, se ha creado un material especialmente resistente: incluso después de mil ciclos de carga, conserva gran parte de su capacidad original. Asimismo, se ha diseñado un material novedoso para las baterías de iones de sodio —una alternativa más ecológica— que experimenta cambios significativos durante la primera carga pero mantiene estructuras clave, resultando en una alta capacidad de almacenamiento y una vida útil superior a 2,600 ciclos con rendimiento casi constante.
Nuevas oportunidades para el futuro energético
La combinación entre anodos desordenados de litio y anodos amorfos de sodio abre nuevas posibilidades para vehículos eléctricos que carguen rápidamente, soluciones estacionarias para almacenar energías renovables y alternativas seguras a las tecnologías actuales en baterías. Estos estudios subrayan el potencial que tienen los principios del diseño atómico para abordar problemas energéticos globales.
Prof. Dr. Nicola Pinna y Dr. Patrícia Russo
Institut für Chemie der Humboldt-Universität zu Berlin
Tel.: +49 30 2093-82782
nicola.pinna@hu-berlin.de; patricia.russo@hu-berlin.de
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