Recientemente, la Universidad de Ciencia y Tecnología Rey Abdullah (KAUST) presentó los resultados de un estudio que puede ayudar a mejorar los materiales del ánodo para las baterías de próxima generación.
Según el informe, KAUST demostró el uso depulsos de láser para modificar la estructura de un material de electrodo alternativo prometedorllamado "MXene" para mejorar su capacidad energética y otras propiedades clave.
En el estudio, los científicos explicaron que el grafito contiene capas planas de átomos de carbono y, durante la carga de la batería, los átomos de litio se almacenan entre estas capas en un proceso conocido como "incrustación". La estructura del material "MXene" también contiene capas que pueden contener litio, pero estas capas están hechas de metales de transición como titanio o molibdeno combinados con átomos de carbono o nitrógeno, lo que hace que el material sea altamente conductivo.
Estas capas también tienen átomos adicionales, como oxígeno o flúor, en sus superficies. La estructura del material "MXene" a base de carburo de molibdeno tiene una capacidad de almacenamiento de litio particularmente buena, pero su rendimiento también se deteriora rápidamente después de repetidos ciclos de carga/descarga.
El equipo de KAUST, dirigido por Husam N. Alshareef y Zahra Bayhan, descubrió que esta degradación es causada por cambios químicos en la estructura MXene que forma óxido de molibdeno.
Para resolver este problema, utilizaron pulsos de láser infrarrojo para crear pequeños "nanopuntos" de carburo de molibdeno en la estructura del material "MXene", un proceso conocido como "grabado láser". El proceso se llama "grabado láser". Estos nanopuntos, que tienen unos 10 nanómetros de ancho, están unidos a las capas de la estructura MXene por carbono.
Esto ofrece varios beneficios: primero, los nanopuntos brindan capacidad de almacenamiento adicional para el litio y aceleran el proceso de carga y descarga. El tratamiento con láser también reduce el contenido de oxígeno del material, lo que ayuda a prevenir la formación de óxidos de molibdeno problemáticos. Finalmente, las fuertes conexiones entre los nanopuntos y las capas mejoran la conductividad eléctrica de la estructura del material "MXene" y la estabilizan durante el proceso de carga y descarga.
En un comunicado de prensa, Bayhan dijo: "Esto proporciona una forma rentable y rápida de ajustar el rendimiento de las baterías".
Los investigadores fabricaron un ánodo con el material grabado con láser y lo probaron en una batería de iones de litio con más de 1,000 ciclos de carga y descarga. Con los nanodots, la capacidad de almacenamiento eléctrico del material era cuatro veces mayor que la del MXene original, casi alcanzando la capacidad máxima teórica del grafito. El material grabado con láser tampoco mostró pérdida de capacidad en las pruebas de ciclismo.
A la luz de estos resultados, creen que la inscripción láser podría usarse como una estrategia general para mejorar el rendimiento de otras estructuras de materiales "MXenes". Esto podría, por ejemplo, conducir al desarrollo de una nueva generación de baterías recargables que utilicen un metal más barato y más abundante que el litio. Además, a diferencia del grafito, las estructuras de los materiales MXenes también se pueden incrustar con iones de sodio y potasio.
