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Ciencia y Tecnología

Batería que se recarga diez veces más rápido que las de iones de litio

Es difícil imaginar nuestra vida cotidiana sin las baterías de iones de litio. Dominan el mercado de las baterías de pequeño formato para dispositivos electrónicos portátiles, y también se utilizan habitualmente en vehículos eléctricos.

Cristina Flores

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Representación simbólica de la fórmula química del nuevo polímero. (Imagen: Anatoliy A. Vereshchagin)

Es difícil introducir nuestra vida diaria sin baterías de iones de litio. Dominan el mercado de baterías de formato pequeño para dispositivos electrónicos portátiles, y también se usan vehículos eléctricos de U200B \\ u200be. Al mismo tiempo, las baterías de iones de litio han establecido una serie de problemas graves, incluido un posible riesgo de incendio y una disminución notable a bajas temperaturas y un impacto ambiental significativo de la eliminación de baterías desgastadas.

Los productos químicos exploran algunas clases de polímeros de nitroxilo al buscar materiales para el almacenamiento de energía electroquímica. Estos polímeros se caracterizan por su alta densidad de energía y una velocidad rápida de carga y descarga. Uno de los desafíos para la aplicación de esta tecnología es insuficiente conductividad eléctrica. Esto hace que la colección de carga sea muy difícil con los aditivos de alta conductividad.

En busca de soluciones para superar este problema, el equipo de Oleg Levin, el profesor del Departamento de Electroquímica en la Universidad Estatal de San Petersburgo en Rusia, sintetizó un polímero basado en el complejo NI-Sallen. Las moléculas de este metalopolímero actúan como un alambre molecular. La arquitectura molecular del material hace posible alcanzar el rendimiento de alta capacidad en un amplio rango de temperatura.

Una batería producida con el nuevo polímero se carga aproximadamente diez veces más rápido que una batería de iones de litio convencional. Esto ya ha sido demostrado por una serie de experimentos. En esta etapa, sin embargo, todavía permanece en la capacidad: entre 30 y un 40% menos que en las baterías de iones de litio. «Actualmente estamos trabajando para mejorar este aspecto manteniendo la velocidad de carga», dice Levin.

El cátodo (electrodo positivo) de la batería nueva ya se ha realizado. «Ahora necesitamos el electrodo negativo, el ánodo», explica Levin. «De hecho, no necesita crearlo desde cero, pero puede elegir entre existentes. Juntos, formará un sistema que pronto reemplace las baterías de iones de litio en algunas áreas».

La nueva batería puede funcionar con temperaturas bajas y es una excelente opción si la carga rápida es crucial. Su uso es seguro: no hay nada, lo que puede ser un riesgo de combustión, a diferencia de las baterías a base de cobalto que hoy en día. También contiene una cantidad significativamente menor de metales que pueden dañar el medio ambiente. Además, el níquel presente en el polímero forma una cantidad mucho menor que en las baterías de iones de litio. (Fuente: Hings NCYT)

Ciencia y Tecnología

Hacia la era de las células solares orgánicas

Las células fotovoltaicas más populares en la actualidad, basadas en la tecnología del silicio, son rígidas, requieren una sofisticada y costosa infraestructura para fabricarlas y tienen elevados costes de eliminación cuando llegan al final de su vida útil.

Cristina Flores

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Parte de un sistema láser de pulsos ultracortos utilizado por los investigadores en el Departamento de Física del Politécnico de Milán en Italia para estudiar las células fotovoltaicas. (Imagen: Politecnico di Milano)

Las células fotovoltaicas más populares en la actualidad, basadas en la tecnología del silicio, son rígidas, requieren una sofisticada y costosa infraestructura para fabricarlas y tienen elevados costes de eliminación cuando llegan al final de su vida útil.

Una alternativa para sustituir al silicio en el futuro son las células solares «de plástico», en las que una mezcla de dos semiconductores orgánicos, un donante y un aceptor de electrones, absorbe la energía de la luz y la convierte en energía eléctrica. El uso de sustancias orgánicas aporta varias ventajas, como una tecnología más sencilla, menores costes de producción y de eliminación, flexibilidad mecánica y acceso a la diversidad química de los materiales orgánicos.

Sin embargo, los materiales orgánicos tienen una física más compleja que la de los materiales inorgánicos cristalinos (como el silicio), sobre todo en lo que respecta a los procesos de transferencia de carga en las interfaces donante-aceptor, que provocan pérdidas de eficiencia.

Tras cuatro años de trabajo, un equipo internacional que incluye a Franco V. A. Camargo y Giulio Cerullo, ambos del Instituto de Fotónica y Nanotecnología de Milán en Italia, han conseguido crear células solares con nuevos materiales en los que se minimizan las pérdidas relacionadas con las interfaces. Examinando a fondo estos materiales mediante pulsos láser ultracortos, han identificado las razones físicas de este excepcional rendimiento, gracias a lo cual han podido presentar un modelo general de optimización válido para otras combinaciones de materiales.

Las futuras células fotovoltaicas fabricadas con tecnología orgánica serán una fuente de energía más barata y con menor impacto medioambiental. Además, podrán incorporarse a diversos objetos cotidianos, como ventanas, coches o incluso ropa, gracias a su flexibilidad mecánica.

La principal fuente de energía de la Tierra es la luz solar, que proporciona diariamente unas 100 veces más energía de la que necesita la humanidad, lo que sitúa a las tecnologías fotovoltaicas entre las más prometedoras para el futuro.

Los detalles técnicos de los avances logrados por el equipo de Camargo y Cerullo aparecen, bajo el título de “Adjusting the energy of interfacial states in organic photovoltaics for maximum efficiency”, en la revista académica Nature Communications. (Fuente: NCYT de Amazings)

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