Una nueva investigación de la Universidad de Umeå propone la idea de utilizar moléculas de niobio como bloques de construcción para diseñar materiales de almacenamiento de energía electroquímica.
En detalle, el investigador Mark Rambaran dice que se pueden producir materiales sólidos a partir de soluciones acuosas que contienen moléculas de niobio de tamaño nanométrico. Las moléculas se denominan polioxoniobatos.
“Estos polioxoniobatos son solubles en agua y se pueden sintetizar en grandes volúmenes. Actúan como bloques de construcción molecular, de la misma manera que cuando un niño apila piezas de Lego”, dijo Rambaran en un comunicado de prensa. “Se pueden usar para fabricar una amplia gama de materiales, incluidos los supercondensadores que facilitan el almacenamiento de iones de litio”.
Según el científico, la síntesis de polioxoniobatos se puede hacer con radiación de microondas porque es una alternativa rápida y eficiente a los métodos hidrotermales convencionales.
“Se pueden hacer en 10 minutos usando radiación de microondas, que es mucho más corto que las 18 horas necesarias en métodos hidrotermales anteriores”, dijo Rambaran.
Explicó que las moléculas de tamaño nanométrico pueden disolverse en agua y recubrirse por rotación para depositar películas delgadas de pentóxido de niobio. Cuando estas películas se calientan a temperaturas que oscilan entre 200 y 1200°C, se obtienen superficies con resistencia a la corrosión y propiedades electroquímicas variables. .
A temperaturas más altas, las películas se vuelven cristalinas y resistentes a condiciones muy básicas, y siempre son resistentes a los ácidos. Este enfoque facilita la deposición de películas delgadas de óxido de metal sin álcali con cristalinidad, espesor y rugosidad variables.
“Esta capacidad de crear películas delgadas de pentóxido de niobio facilita la prueba de propiedades pseudocapacitivas, por ejemplo, lo que ayuda a desarrollar dispositivos de almacenamiento de energía electroquímica, como supercondensadores”, señaló el investigador.
Debido a la disposición de los átomos en el pentóxido de niobio cristalino, crea canales que pueden almacenar y liberar fácilmente iones de litio durante más de cien mil ciclos. Esto es lo que lo convierte en un supercondensador y ofrece almacenamiento de energía electroquímica que potencialmente puede reemplazar una batería típica de iones de litio.
Cargando en 10 segundos
Las baterías de iones de litio tienden a tener capacidades limitadas de almacenamiento de carga y largos tiempos de carga o descarga de 10 minutos o más, mientras que los supercondensadores exhiben tiempos de carga tan bajos como 10 segundos. La capacidad de cargar y descargar rápidamente permite que los supercondensadores proporcionen energía de manera muy rápida y eficiente.
Además, el uso de polioxoniobatos solubles en agua ofrece un método fácil y benigno para crear películas delgadas de óxido metálico, lo que evita el uso de materiales de partida nocivos como el pentacloruro de niobio o el pentafluoruro de niobio.
“El interés en desarrollar nuevos materiales para el almacenamiento de energía está guiado por la necesidad de mitigar el cambio climático, la amenaza más grande y urgente para la humanidad y la biosfera. Para hacer esto, es necesario mejorar la fabricación de baterías y celdas solares/de combustible para mejorar sus capacidades de almacenamiento de energía electroquímica , sin dejar de ser respetuosas con el medio ambiente”, dijo Rambaran.
Él cree que la investigación centrada en el desarrollo de dispositivos de almacenamiento de energía electroquímica o materiales que excedan las capacidades actuales de las baterías de iones de litio es, por lo tanto, crucial.
Los supercondensadores se consideran candidatos adecuados para rivalizar, si no reemplazar, las baterías de iones de litio en términos de almacenamiento de energía electroquímica. Las aplicaciones actuales de los supercondensadores incluyen usos en vehículos eléctricos, vehículos eléctricos híbridos, tranvías, trenes y electrónica de consumo.
