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(noticias nanowerk) Las baterías de zinc-aire son una alternativa de bajo costo y alto rendimiento que se pueden utilizar a pequeña escala para alimentar dispositivos electrónicos o a gran escala para vehículos eléctricos o almacenamiento de energía. Estas baterías funcionan cuando el oxígeno atmosférico oxida el zinc, pero la dificultad en la activación del oxígeno, que afecta el rendimiento de la batería, ha impedido su adopción comercial generalizada.
Información en un artículo publicado en Futuro del carbono (“Cocristal de fullereno-metaloporfirina como precursor electrocatalizador ORR eficiente para baterías de Zn-aire”) muestra cómo la adición de materiales de carbono derivados de fullereno como catalizadores puede mejorar el rendimiento, la estabilidad y el costo de las baterías de zinc-aire.
«Las propiedades cinéticas lentas causadas por las dificultades en la activación del oxígeno, la ruptura de los enlaces oxígeno-oxígeno y la eliminación de óxido en la reducción de oxígeno en las baterías de zinc-aire han limitado su aplicación en el campo comercial», dijo Fang-Fang Li, profesor de la Escuela. de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Huazhong en Wuhan, China. «Los catalizadores de metales no nobles a base de carbono se consideran materiales prometedores para la reacción de reducción de oxígeno debido a su gran superficie, alta conductividad eléctrica, excelentes propiedades mecánicas y excelente estabilidad en entornos electroquímicos».
El fullereno es un alótropo de carbono con una estructura de jaula cerrada en forma de pelota de fútbol. El fullereno puro tiene una conductividad insuficiente, lo que limita la transferencia de electrones, pero los cristales derivados del fullereno han mejorado la superficie específica, la conductividad y los sitios activos. Los cristales de fullereno se forman mediante un proceso llamado precipitación interfacial líquido-líquido. En este proceso, el fullereno se disuelve en dos disolventes diferentes y se forman cristales en la interfaz de los dos líquidos.
Luego, los investigadores crearon una supramolécula que combinaba cristales de fullereno con metaloporfirina, una molécula con una estructura única. Crearon cuatro versiones de esta supramolécula para intentar optimizarla para obtener el mejor rendimiento. Tres de ellas se calentaron a diferentes temperaturas (700 °C, 800 °C y 900 °C) y luego la muestra final también se calentó a 800 °C pero se mezcló de manera diferente que las otras muestras sin el método de precipitación interfacial líquido-líquido.
Antes de probar el rendimiento de la supramolécula de metaloporfirina fullereno, los investigadores examinaron las características estructurales de la muestra mediante microscopía electrónica de barrido y difracción de rayos X, espectroscopia Raman y otras mediciones. Descubrieron que el método de precipitación interfacial líquido-líquido aumentaba el número de defectos, lo que mejoraba el rendimiento de la reacción de reducción de oxígeno. También descubrieron consistentemente que la supramolécula calentada a 800°C funcionó mejor que las otras probadas durante el experimento y continuaron probando esta supramolécula en una aplicación práctica.
Para probar el rendimiento de la supramolécula de metaloporfirina de fullereno, los investigadores construyeron una batería casera de zinc-aire que utilizaba la metaloporfirina de fullereno como cátodo. “Los resultados subrayan la excepcional estabilidad a largo plazo de la metaloporfirina fullereno. El rendimiento optimizado de la batería de zinc-aire de la metaloporfirina fullereno resalta el rendimiento electrocatalítico robusto y duradero de la supramolécula. «Esta combinación de alta densidad de potencia y estabilidad extendida hace que el material de carbono derivado de metaloporfirina de fullereno sea un catalizador prometedor para aplicaciones prácticas de baterías de zinc-aire», dijo Li.
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