Se muestra un nuevo material compuesto, que combina la conductividad del óxido de grafeno con la capacidad de almacenamiento de energía de los compuestos de níquel-hierro. Esta estructura cuidadosamente modificada, con interfaces controladas y arquitectura a nanoescala, ofrece una vía prometedora para desarrollar baterías de iones de litio de alto rendimiento para futuras aplicaciones. Crédito: Jae-Min Oh, Universidad de Dongguk
Las baterías de iones de litio son la tecnología de almacenamiento de energía dominante que alimenta todo, desde electrónica portátil hasta vehículos eléctricos y sistemas de energía renovable. Sin embargo, la demanda de mayor densidad de energía, carga más rápida y una vida útil más larga requiere una innovación continua.
Los investigadores, dirigidos por el profesor Jae-Min OH de la Universidad de Dongguk, en colaboración con Seung-Min Paek de la Universidad Nacional Kyungpook, están abordando estos desafíos mediante materiales de ingeniería en la nanoescala. Su trabajo, publicado en The Chemical Engineering Journal el 15 de enero de 2025, se centra en un nuevo material híbrido diseñado para maximizar los efectos sinérgicos de sus componentes.
Este innovador compuesto es una heteroestructura jerárquica que combina el óxido de grafeno reducido (RGO) con hidróxidos dobles en capas de níquel-hierro (NIFE-LDH). Este compuesto único aprovecha las propiedades de sus componentes: RGO proporciona una red conductora para el transporte de electrones, y los componentes del óxido de níquel-hierro permiten el almacenamiento de carga rápida a través de un mecanismo pseudocapacitivo. La clave de este diseño innovador es la abundancia de límites de grano, que facilitan el almacenamiento de carga eficiente.
Para lograr el compuesto final, los investigadores emplearon una técnica de autoensamblaje capa por capa utilizando plantillas de cuentas de poliestireno (PS). Primero, las cuentas de PS estaban recubiertas con precursores de Go y Nife-LDH. Luego se eliminaron las plantillas, dejando atrás una arquitectura de esfera hueca.
Después de esto, un tratamiento térmico controlado indujo una transformación de fase en NIFE-LDH, lo que lleva a la formación de óxido de níquel-hierro nanocristalino (NIFE₂O₄) y óxido de níquel amorfo (A-NIO), al tiempo que reduce simultáneamente GO a ROGO. Esta síntesis dio como resultado un compuesto híbrido bien integrado (RGO/NIFE₂O₄/A-NIO), con una conductividad mejorada que lo convierte en un material de ánodo eficiente para las baterías de iones de litio. Esta estructura hueca evita el contacto directo entre las nanopartículas A-nio/nife₂o₄ y el electrolito, mejorando la estabilidad.
Luego se usaron técnicas de caracterización avanzada, como la difracción de rayos X y la microscopía electrónica de transmisión, para confirmar la formación del compuesto. Las pruebas electroquímicas revelaron el rendimiento excepcional del material como ánodo de batería de iones de litio.
El ánodo demostró una alta capacidad específica de 1687.6 mA Hg – 1 a una densidad de corriente de 100 mA G – 1 después de 580 ciclos, superando los materiales convencionales y destacando su excelente estabilidad del ciclismo. Además, el material exhibió un buen rendimiento de la tasa, manteniendo una alta capacidad incluso a tasas de carga/descarga significativamente aumentadas.
El profesor Seung-Min Paek enfatizó la naturaleza colaborativa de la investigación: “Este avance fue posible a través de una estrecha cooperación entre expertos en diversos materiales. Al combinar nuestras fortalezas, pudimos diseñar y optimizar este sistema híbrido de manera más efectiva”.
El profesor Jae-Min OH agregó: “Anticipamos que, en el futuro cercano, los materiales de almacenamiento de energía irán más allá de simplemente mejorar los componentes individuales. En cambio, implicarán múltiples materiales interactivos que crean sinergia, lo que resulta en dispositivos de almacenamiento de energía más eficientes y confiables. Esta investigación ofrece una vía hacia el almacenamiento de energía más pequeño, más ligero y más eficiente para los dispositivos electrónicos de la próxima generación”.
Estos objetivos de desarrollo mejoran significativamente las baterías (vida más larga, carga más rápida, más ligera) dentro de los 5-10 años, beneficiando tanto a los usuarios de dispositivos como a las iniciativas de energía sostenible.
Más información: Minseop Lee et al, Ingeniería de heteroínteras inducida por el cambio de fase de compuestos de óxido de grafeno estructurado de la esfera hueca/compuestos de doble hidróxido en capas para el almacenamiento de energía pseudocapacitiva superior en baterías de iones de litio, diario de ingeniería química (2025). Doi: 10.1016/j.cej.2025.159671
Proporcionado por la Universidad de Dongguk
Cita: El material del ánodo híbrido avanza la tecnología de la batería de iones de litio (2025, 11 de abril) Recuperado el 11 de abril de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-04-hybrid-anode-material–adances-lithium.html
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