Investigadores de la Universidad CEU San Pablo determinan el mecanismo de movimiento de litio en un material relevante para baterías

12/04/2018 - 13:06
  • El profesor Alois Karl Kuhn ha coordinado un equipo de investigación.
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El grupo de investigación en Química de Estado Sólido y de los Materiales de la Facultad de Farmacia de la Universidad CEU San Pablo ha desarrollado el trabajo bajo la coordinación del profesor Alois Kuhn cuyos resultados se han publicado recientemente en la prestigiosa revista Journal of Materials Chemistry A (Royal Society of Chemistry; factor de impacto 2017: 8,867). El trabajo recoge el mecanismo del almacenamiento del litio en un material relevante para baterías de iones de litio.

Alois Kuhn realizó parte de los experimentos en el reactor nuclear científico del Heinz Maier-Leibnitz Zentrum (FRM II) de la Universidad Tecnológica de Múnich (TUM), coordinando un grupo de investigación formado por científicos españoles y alemanes especializados en baterías de iones de litio. En la actualidad se siguen realizando medidas en la línea de comprender el comportamiento del litio en la estructura del material investigado y en la de otros electrodos relacionados.

"Este proyecto apunta a la difracción de neutrones como un factor decisivo en esta extensiva investigación ya que nos ha permitido determinar la posición exacta del litio y su movilidad en combinación con otras técnicas".

Parte de los iones de litio ocupan el interior del túnel formado por la estructura de hexatitanato de sodio. En esta estructura se distinguen diferentes posiciones de los iones, los cuales se encuentran en las paredes, en el techo, en el suelo y en el centro del túnel. Algunos de los iones litio son móviles y son "repelidos" por otros iones litio y el sodio anclado, lo cual ocasiona un "efecto ping-pong" entre dichos iones de litio móviles y los iones anclados.

El profesor Kuhn indica que estos estudios "han sido muy extensos y la combinación de los métodos empleados han contribuido a marcar un hito". "La metodología elegida sería aplicable a otro tipo de materiales para baterías y, por lo tanto, abre una ventana para la comprensión de su funcionamiento y así para la optimización de dichos materiales", ha subrayado.

La investigación se ha llevado a cabo mediante métodos electroquímicos desarrollados en la Universidad CEU San Pablo; experimentos de difracción sincrotrón en las instalaciones del Laboratorio Europeo de Radiación Sincrotrón, ESRF, en Grenoble; resonancia magnética nuclear RMN en estado sólido en el Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (CSIC); y estudios de difracción de neutrones en el el Heinz Maier-Leibnitz Zentrum, MLZ/FRM II.

Baterías de iones de litio

Las baterías de iones de litio son una parte indispensable de nuestra vida cotidiana. Los electrodos negativos están principalmente compuestos de grafito. Sin embargo, no están exentos de problemas, siendo uno de estos la electrodeposición de litio. Ahora existen materiales que no están basados en grafito y que no presentan estas desventajas; uno de ellos es el hexatitanato de sodio.

El hexatitanato de sodio es estructuralmente muy estable y resulta, por lo tanto, un material prometedor para alargar la vida útil de las baterías. Las baterías que se desarrollen con estos electrodos negativos pueden cargarse de forma segura y, puesto que en este caso no se produce la electrodeposición de litio a los voltajes operativos, disminuyen el riesgo de cortocircuitos y explosiones. El hexatitanato de sodio tiene una particular estructura abierta que crea un túnel para los iones de litio lo que permite el almacenamiento y la movilidad de iones litio durante la carga y descarga de la batería.


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