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.
«Estos polioxoniobatos son solubles en agua y pueden sintetizarse en grandes volúmenes. Actúan como bloques de construcción moleculares, del mismo modo que cuando un niño apila ladrillos de Lego», dijo Rambaran en una declaración a los medios. «Pueden utilizarse para fabricar una amplia gama de materiales, incluidos los supercondensadores que facilitan el almacenamiento de iones de litio».
Según el científico, la síntesis de los polioxoniobatos puede hacerse con irradiación de microondas porque es una alternativa rápida y eficaz a los métodos hidrotermales convencionales.
«Se pueden fabricar en 15 minutos utilizando la irradiación de microondas, lo que es mucho más corto que las 18 horas necesarias en los métodos hidrotermales anteriores», dijo Rambaran.
Explicó que las moléculas de tamaño nanométrico pueden disolverse en agua y recubrirse para depositar películas finas de pentóxido de niobio. Cuando estas películas se calientan a temperaturas que oscilan entre los 200 y los 1.200 °C, se obtienen superficies con distinta resistencia a la corrosión y propiedades electroquímicas.
A temperaturas más altas, las películas se vuelven cristalinas y resistentes a condiciones muy básicas, y siempre son resistentes a los ácidos. Este método facilita la deposición de películas finas de óxido metálico sin álcalis con distinta cristalinidad, grosor y rugosidad.
«Esta capacidad de crear películas finas de pentóxido de niobio facilita la comprobación de las propiedades pseudocapacitivas, por ejemplo, lo que ayuda a desarrollar dispositivos de almacenamiento de energía electroquímica, como los supercondensadores», señaló el investigador.
Debido a la disposición de los átomos en el pentóxido de niobio cristalino, crea canales que pueden albergar fácilmente el almacenamiento y la liberación de iones de litio durante más de cien mil ciclos. Esto es lo que lo convierte en un supercondensador, y ofrece un almacenamiento electroquímico de energía que puede sustituir potencialmente a una típica batería de iones de litio.
Carga en 10 segundos
Las baterías de iones de litio suelen tener una capacidad de almacenamiento de carga limitada y largos tiempos de carga o descarga de 10 minutos o más, mientras que los supercondensadores presentan tiempos de carga de tan sólo 10 segundos. La capacidad de carga y descarga rápidas permite a los supercondensadores suministrar energía de forma muy rápida y eficaz.
Además, el uso de polioxoniobatos solubles en agua ofrece un método fácil y benigno para crear películas finas de óxido metálico, lo que evita el uso de materiales de partida perjudiciales como el pentacloruro de niobio o el pentafluoruro de niobio.
«El interés por desarrollar nuevos materiales para el almacenamiento de energía está guiado por la necesidad de mitigar el cambio climático, la mayor y más urgente amenaza para la humanidad y la biosfera. Para ello, es necesario mejorar la fabricación de pilas y baterías solares y de combustible para aumentar su capacidad de almacenamiento electroquímico de energía, sin dejar de ser respetuosos con el medio ambiente», dijo Rambaran.
Por ello, cree que es crucial la investigación centrada en el desarrollo de dispositivos o materiales de almacenamiento de energía electroquímica que superen las capacidades actuales de las baterías de iones de litio.
Los supercondensadores se consideran candidatos idóneos para rivalizar con las baterías de iones de litio, si es que no las sustituyen, en términos de almacenamiento electroquímico de energía. Las aplicaciones actuales de los supercondensadores incluyen usos en vehículos eléctricos, vehículos eléctricos híbridos, tranvías, trenes y electrónica de consumo.
Fuente: worldenergytrade