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(noticias nanowerk) «El desarrollo de materiales altamente conductores y de alto rendimiento es crucial para el avance de las baterías de iones alcalinos», afirmó Xijun Xu, profesor asociado de la Facultad de Ingeniería Química e Industria Ligera de la Universidad Tecnológica de Guangdong.
A medida que se acelera el desarrollo de grandes sistemas de propulsión, como los vehículos eléctricos, la demanda de baterías secundarias se desplaza cada vez más hacia modelos que sean potentes y rentables. La búsqueda de soluciones energéticas sostenibles y respetuosas con el medio ambiente también se ha convertido en un foco de investigación debido a las crecientes preocupaciones energéticas y medioambientales.
Actualmente, las baterías de iones de litio dominan el mercado como primera opción para el almacenamiento de energía. Sin embargo, la escasez y el alto costo de los recursos de litio subrayan la importancia de explorar soluciones alternativas, como baterías de iones alcalinas seguras y de alto rendimiento, que tienen una importancia práctica significativa.
Xu enfatizó que los materiales de estructura orgánica covalente (COF) emergen como candidatos prometedores debido a su excelente rendimiento electroquímico, estabilidad estructural y notable rendimiento cíclico. Estos materiales están ganando atención debido a su potencial en aplicaciones de electrónica y almacenamiento de energía.
Los COF son particularmente notables por su capacidad para prediseñar sitios activos de oxidación-reducción con densidad y posicionamiento precisos, lo que aumenta la densidad de energía de los materiales de los electrodos. Además, la incorporación de grupos funcionales orgánicos en las estructuras de COF mejora la migración de iones metálicos, superando potencialmente el desafío del transporte lento de iones en las baterías.
Una estrategia común para mejorar la conductividad intrínseca de los materiales de electrodos orgánicos es agregar grupos funcionales o heteroátomos con fuertes propiedades aceptoras de electrones. Este enfoque no sólo reduce la banda prohibida sino que también aumenta la conjugación.
Es importante desarrollar materiales COF con alta estabilidad y capacidad. Es importante tener en cuenta que los tamaños de iones más grandes en las baterías de iones de metales alcalinos pueden dar como resultado velocidades de transporte de iones más lentas y cambios de volumen significativos durante el ciclo. Los principios de diseño de los COF en sistemas de baterías se centran en regular las estructuras de los poros, los sitios de reacciones químicas y los grupos funcionales de la superficie para lograr sistemas de baterías de iones alcalinos estables y eficientes.
Sin embargo, el campo de las baterías COF aún está en su infancia y enfrenta varios desafíos, incluidas condiciones de síntesis complejas que dificultan la producción a gran escala y la presencia de defectos estructurales en las COF policristalinas. Xu enfatizó la clara conexión entre la estructura adaptable de los COF y el rendimiento de su batería, y señaló que la aplicación integral y las mejoras en la comprensión de las reacciones electroquímicas son cruciales para el desarrollo de materiales de alto rendimiento. Es esencial seguir investigando la aplicación de los COF en las baterías, y abordar los desafíos actuales mejorará sus propiedades electroquímicas y las hará más útiles para aplicaciones prácticas.
Los autores publicaron su revisión en Avances en materiales energéticos (“Avances recientes y perspectivas de estructuras orgánicas covalentes para baterías de iones alcalinos”).
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