2024-10-16Crean un nuevo material que duplica el rendimiento de las baterías de litio, clave para el avance de los vehículos eléctricos
CSIC |Personal investigador del CSIC participa en el desarrollo de un material que combina moléculas orgánicas con metales para mejorar el rendimiento y durabilidad de las baterías.Una investigación internacional con participación del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM-CSIC), dependiente del Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades (MCIU), e investigadores de Emiratos Árabes Unidos e India ha descubierto y desarrollado un nuevo material que duplica el rendimiento de baterías de ion litio comerciales. El hallazgo, publicado en Angewandte Chemie International Edition, puede resultar clave para el avance industrial de los vehículos eléctricos y otros dispositivos electrónicos.
Las baterías de ion litio son el tipo de baterías recargables más usadas en la actualidad. Sin embargo, todavía presentan varios retos que solventar, especialmente en lo relativo a su rendimiento, y aquí es donde este trabajo puede marcar un antes y un después: "El grafito ha sido el material predominante en los ánodos de baterías de iones de litio debido a su estabilidad y coste relativamente bajo, pero su capacidad de almacenamiento es limitada", explica José Ignacio Martínez, investigador del ICMM-CSIC y uno de los autores del estudio.
El reto era desarrollar un material "que tenga mejor eficiencia que el grafito comercial y que, al mismo tiempo, mantenga sus características relacionadas con la escalabilidad económica y su seguridad medioambiental", agrega Felipe Gándara, también investigador del ICMM-CSIC y autor del trabajo. Para ello, este equipo de científicos ha mirado hacia los MOFs, un tipo de material que combina moléculas orgánicas con metales y que tienen estructuras porosas "altamente versatiles", que permiten almacenar iones litio. Si esta clase de materiales no se habían usado hasta ahora es porque presentan un rendimiento "relativamente pobre", así como "inestabilidad química" y dificultades para su producción a gran escala, señalan los investigadores.
Estos dos problemas los han solucionado combinándolos: han creado un nuevo tipo de material metal-orgánico con hierro y aldehído salicílico (Fe-Tp) y, una vez demostrado "un notable rendimiento como material de ánodo en baterías de litio", lo han incorporado al grafito. De esta forma, mantienen las propiedades del MOF (su capacidad de almacenamiento), evitan sus problemas (estabilidad) y, además, duplican la capacidad de almacenamiento del grafito, es decir, el rendimiento de la batería.
Este MOF está compuesto por poros de distintos tamaños (porosidad jerarquizada) que permiten que, cuando hay ciclos dentro de la batería, los iones de litio se muevan con facilidad por el espacio. Y no solo eso: "Después de 500 ciclos de carga y descarga a una velocidad constante, el material conservó el 89% de su estabilidad cíclica, lo que destaca su durabilidad y potencial para aplicaciones de largo plazo", remarcan los investigadores, que aseguran que esta mejora posiciona a su material "como un excelente potenciador del material de ánodo comercial, lo que sugiere que puede integrarse fácilmente en las tecnologías actuales sin necesidad de una sustitución total del grafito".
Implicaciones para el desarrollo tecnológico
Este descubrimiento tiene importantes implicaciones para el desarrollo futuro de baterías de iones de litio de mayor rendimiento: "La posibilidad de mejorar significativamente la capacidad de almacenamiento de litio utilizando un aditivo económico y escalable como el Fe-Tp abre la puerta a baterías más eficientes que puedan durar más tiempo y ofrecer una mayor autonomía en dispositivos y vehículos eléctricos", asegura Martínez.
"Además, la seguridad medioambiental de este nuevo material y su viabilidad para producirse a gran escala suponen un avance importante para las industrias de almacenamiento de energía que buscan soluciones sostenibles y económicamente rentables", añade Gándara. Ambos investigadores adelantan que, con este descubrimiento, se avanza hacia una nueva generación de baterías de iones de litio que "no solo serán más potentes, sino también más seguras y accesibles, lo que podría cambiar radicalmente el mercado global de almacenamiento de energía en los próximos años".
Este descubrimiento tiene implicaciones para el desarrollo de baterías de iones de litio de mayor rendimiento. / iStock
Referencia científica:
Safa Gaber, Abdul Khayum Mohammed, Bharathkumar H. Javaregowda, José Ignacio Martínez, Pilar Pena Sánchez, Felipe Gándara, Kothandam Krishnamoorthy, Dinesh Shetty: MOFite: A High-Density Lithiophilic and Scalable Metal–Organic Framework Anode for Rechargeable Lithium-Ion Battery. Angewandte Chemie International Edition, DOI: 10.1002/anie.202409256
El Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) es una agencia estatal adscrita al Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades. Su objetivo fundamental es desarrollar y promover investigaciones en beneficio del progreso científico y tecnológico, para lo cual está abierta a la colaboración con entidades españolas y extranjeras. Según la clasificación SIR World Report 2012, es la mayor institución pública dedicada a la investigación en España, habiendo llegado a ser la novena del mundo en 2012, según el SIR World Report 2012: Global Ranking (elaborado por SCImago Institutions Rankings) 3 y la 16ª en 2017.
2024-10-31
Hacia una energía sostenible, el potencial de los biocombustibles
Resumen: La dependencia de combustibles fósiles, los climas extremos y prolongados y, en gran medida, diversos conflictos geopolíticos han generado diferentes tipos de crisis en cuestión de desabastecimiento, sobrecosto y acceso a fuentes de energía y electricidad. En tal sentido, un impulso a la investigación, la producción, comercialización y el uso de biocombustibles, podría ser de gran ayuda para solucionar varios frentes de la problemática.
2024-10-30
La solución 3 en 1 que duplicaría la vida de las baterías eléctricas
Investigadores de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) avanzan en el desarrollo de un algoritmo que sea capaz de coordinar tres dispositivos diferentes de almacenamiento de energía (baterías de litio, supercondensadores y celdas de combustible). Así, al responder a distintas demandas de energía, evitaría el desgaste prematuro de las baterías, que es uno de los mayores desafíos de la transición energética: extender su durabilidad de 10 a 20 años. Hacia esa meta apunta este trabajo.
2024-10-23
Las empresas tecnológicas quieren reactores nucleares pequeños. Así es como funcionarían
Amazon y Google anunciaron acuerdos con empresas que construyen pequeños reactores modulares.
2024-10-18
Fenómeno del Niño y dependencia de la energía hidroeléctrica: ¿crisis energética a la vista?
El fenómeno del Niño ha generado múltiples problemáticas ambientales y de racionamiento de servicios públicos en Latinoamérica. En Colombia, los efectos del cambio climático junto a la alta dependencia de fuentes de energía hídricas, podrían llegar a desencadenar una crisis energética en un futuro cercano.
2024-10-16
La transición a una bioeconomía circular requiere más incentivos e inversiones
Investigadores sostienen que el concepto de bioeconomía circular debe ir más allá de su enfoque técnico de reducción de residuos e incorporar una perspectiva económica basada en valores.
2024-10-10
Metrolineras en Barcelona para cargar coches eléctricos con el frenado de los trenes
Las ciudades, y grandes áreas de población en general, están viviendo un proceso de transición hacia un modelo que compatibilice la movilidad y la sostenibilidad. El transporte público es un elemento clave para que las personas se muevan dentro y fuera de las zonas urbanas. Pero donde no llega el transporte público, se hace necesaria la intervención del vehículo privado. Y si hablamos de sostenibilidad, el objetivo es priorizar el automóvil eléctrico. De la unión de ambos mundos surge el proyecto MetroCHARGE, que se está implantando en el área metropolitana de Barcelona. Consiste en instalar metrolineras. Es decir, electrolineras que sirven para cargar coches eléctricos. Y la energía empleada proviene del subsuelo.
