Recientemente, investigadores de la Universidad de Purdue lograron un avance inesperado en la investigación de semiconductores, proporcionando una nueva solución para resolver problemas comunes en baterías de zinc.

El equipo de investigación, originalmente dedicado al desarrollo de dispositivos semiconductores de óxido metálico complementario (CMOS) de próxima generación, descubrió accidentalmente durante la investigación de semiconductores a baja temperatura para productos electrónicos flexibles que el semiconductor de óxido de estaño tipo p puede proteger eficazmente el ánodo de zinc de la corrosión y la evolución de hidrógeno. Aunque las baterías de zinc son más seguras, asequibles y ecológicas que los sistemas de iones de litio —no inflamables, hechas de materiales abundantes y fáciles de reciclar—, los problemas de corrosión y evolución de hidrógeno dañan el ánodo de zinc con el tiempo, reduciendo el rendimiento y acortando la vida útil, convirtiéndose en un gran desafío para el desarrollo tecnológico de las baterías de zinc.

La tecnología CMOS se utiliza ampliamente en la industria de semiconductores para fabricar microchips en procesadores, unidades de memoria e imágenes en smartphones y cámaras digitales. El profesor adjunto de la Facultad de Ingeniería y Tecnología de Purdue (SoET) y investigador principal del estudio, Sunghwan Lee, dijo que el entorno interdisciplinario del laboratorio facilitó este tipo de "descubrimientos inesperados". Durante las pruebas de películas delgadas de semiconductores, el equipo observó un efecto de pasivación espontáneo, que se convirtió en una solución ideal para los problemas de las baterías de zinc, y esta estrategia innovadora de ánodo de zinc ya ha solicitado una patente.

Las baterías de zinc se utilizan comúnmente en vehículos y sistemas de almacenamiento estacionarios debido a su seguridad, precio asequible y beneficios ambientales, pero su corta vida útil y degradación del rendimiento limitan su aplicación amplia. La capa de óxido de estaño puede mejorar significativamente la estabilidad y durabilidad del ánodo de zinc, con la esperanza de prolongar la vida útil de la batería y allanar el camino para usos comerciales más amplios.

El estudiante de doctorado de SoET, asistente de investigación y primer autor del artículo, Yuxuan Zhang, dijo que esta estrategia de diseño de ánodo de zinc proporciona una solución sostenible para sistemas de almacenamiento de energía ecológicos y a gran escala. Los investigadores creen que este descubrimiento atraerá la atención de expertos en múltiples campos como almacenamiento de energía, tecnología de baterías e investigación de semiconductores, especialmente aquellos interesados en el potencial de innovación interdisciplinaria. Enfatizó que la combinación de conocimiento fundamental y curiosidad puede abrir nuevos campos.

El potencial comercial y de aplicación práctica de este descubrimiento es enorme, resolviendo desafíos clave en el rendimiento de las baterías de zinc, y los materiales y métodos utilizados son escalables para aplicaciones de almacenamiento de energía en el mundo real. Otros autores del artículo incluyen a Minyoung Kim, Dong Hun Lee, Fei Qin, Han-Wook Song, Chung Soo Kim, Jeongmin Park, Chohee Kim y Fang Lian. Este descubrimiento accidental ya ha impulsado una solicitud de patente, y los resultados relacionados se publicaron en la revista líder en el campo Energy & Environmental Science.