es.wedoany.com Noticia: Científicos rusos han descubierto un nuevo mineral llamado Petrovita en el cráter de un volcán en la península de Kamchatka, cuyos canales de iones de sodio en su estructura cristalina se consideran de valor potencial para la próxima generación de tecnología de baterías. Los resultados de la investigación sobre este mineral se han publicado en la revista Mineralogical Magazine y han atraído rápidamente la atención en el campo de la ciencia de materiales debido a su singular configuración atómica.

Stanislav Filatov, profesor del Departamento de Cristalografía de la Universidad Estatal de San Petersburgo (Saint Petersburg State University), ha dedicado más de 40 años al estudio de los conos de escoria y las fumarolas de flujos de lava en la península de Kamchatka, formaciones geológicas originadas durante dos grandes erupciones del volcán Tolbachik, en 1975-1976 y 2012-2013. La diversidad mineralógica de esta región es excepcional, y en los últimos años se han descubierto decenas de nuevos minerales, muchos de ellos exclusivos a nivel mundial, siendo la Petrovita uno de ellos.

La fórmula química de la Petrovita es Na₁₀CaCu₂(SO₄)₈, y se presenta como agregados esféricos de color azul compuestos por cristales tabulares con inclusiones de gas y líquido. Su composición fue determinada por Svetlana Moskaleva del Instituto de Vulcanología y Sismología, Rama del Lejano Oriente de la Academia de Ciencias de Rusia (Institute of Volcanology and Seismology, Far Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences). La estructura cristalina fue estudiada por Andrey Shablinskii (graduado de la Universidad Estatal de San Petersburgo) del Instituto Grebenshchikov de Química de Silicatos (Grebenshchikov Institute of Silicate Chemistry). El mineral lleva el nombre de Tomas Petrov, cristalógrafo de la Universidad Estatal de San Petersburgo y la primera persona en el mundo en desarrollar una técnica para cultivar malaquita de calidad joyera.

El interés inmediato de la Petrovita entre los investigadores de baterías se debe a la configuración extremadamente rara de los átomos de cobre en su estructura cristalina, que presentan una coordinación séptuple con átomos de oxígeno. Esta configuración solo se encuentra en unos pocos compuestos. La Petrovita está compuesta por un armazón tridimensional poroso de átomos de oxígeno, sodio, azufre y cobre, cuyos huecos están interconectados por canales a través de los cuales pueden moverse los átomos de sodio, relativamente pequeños.

Los científicos consideran que la movilidad iónica de los átomos de sodio a través de los canales cristalinos tiene un valor potencial para la tecnología de baterías. El funcionamiento de las baterías depende del movimiento de iones entre los electrodos; cuanto más fácil sea este movimiento, mayor será la eficiencia de la batería. La estructura de la Petrovita crea precisamente las condiciones que los ingenieros de baterías intentan replicar artificialmente en el laboratorio: canales definidos, poros de tamaño adecuado para los iones de sodio y un armazón estable que no colapsa durante el movimiento iónico. Filatov indicó que el tipo estructural de la Petrovita es prometedor para la conductividad iónica y podría utilizarse como material de cátodo en baterías de iones de sodio.

El descubrimiento de la Petrovita como mineral natural no implica que pueda extraerse directamente para su uso en baterías; el bajo contenido de cobre en su estructura cristalina es un obstáculo fundamental. El cobre es el metal de transición en la fórmula química y participa en las reacciones electroquímicas que permiten el almacenamiento y la liberación de energía en la batería. Para que este material sea eficaz como cátodo de batería, es necesario aumentar la proporción de cobre. Filatov señaló que esto puede lograrse sintetizando en laboratorio compuestos con la misma estructura que la Petrovita. Los investigadores proponen utilizar la estructura cristalina de la Petrovita como modelo para replicarla y optimizar las proporciones de los elementos en el laboratorio.

El contexto en el que aparece la Petrovita es muy importante para comprender su importancia estratégica. Las baterías de iones de litio dominan el mercado actual de almacenamiento de energía, pero los recursos de litio están geográficamente concentrados, con la mayor parte de las reservas en Sudamérica y su procesamiento dominado por China. El sodio es el sexto elemento más abundante en la corteza terrestre, está presente en casi todas partes, es de bajo costo y carece de la concentración geopolítica del litio. Si las baterías de iones de sodio alcanzan un rendimiento comparable al de las baterías de litio, la dependencia de toda la cadena de almacenamiento de energía de un único metal estratégico podría reducirse drásticamente. El obstáculo para las baterías de iones de sodio radica en encontrar materiales de cátodo eficientes, y dado que los iones de sodio son más grandes que los de litio, los canales en el material del electrodo deben ser más amplios. El tamaño de los canales de la Petrovita es precisamente el adecuado para los iones de sodio, lo que la convierte en un modelo natural para construir dicha estructura.

La Petrovita no es el único mineral nuevo descubierto en la región de Tolbachik. El equipo de Filatov también encontró Saranchinaita en el mismo grupo volcánico, un mineral con una estructura relacionada con la Petrovita, posiblemente producto de la reacción entre saranchinaita, sulfato de calcio y sulfato de sodio. Una hipótesis sobre la formación de la Petrovita sugiere que los minerales que contienen níquel fueron reemplazados gradualmente por fluidos hidrotermales ricos en metales, un mecanismo que describe un proceso de formación dentro de un rango de temperatura y presión reproducible en laboratorio. Para la ciencia de materiales, estos descubrimientos ofrecen planos arquitectónicos probados por la naturaleza durante millones de años, mucho antes de que cualquier ingeniero intentara construir estructuras similares.

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