es.wedoany.com Noticia: El equipo del profesor Pan Feng, de la Escuela de Nuevos Materiales del Instituto de Posgrado de Shenzhen de la Universidad de Pekín, junto con sus colaboradores, propuso una estrategia de "deslocalización de deformación" y desarrolló una batería de almacenamiento de energía de iones de magnesio de base acuosa de alta seguridad y ciclo prolongado, logrando 75,000 ciclos. El equipo introdujo dopaje con tantalio en matrices de nanotubos de trióxido de molibdeno para preparar un material de electrodo de óxido de molibdeno-tantalio (MoTaOx). Los resultados de la investigación fueron publicados recientemente en el Journal of the American Chemical Society.
Las baterías de base acuosa utilizan electrolitos a base de agua y poseen propiedades intrínsecamente ignífugas, siendo una dirección tecnológica ampliamente investigada en el ámbito del almacenamiento de energía seguro. Las baterías acuosas tradicionales, representadas por las de plomo-ácido y níquel-hidruro metálico, ya se han aplicado en el arranque de automóviles y dispositivos civiles, pero su densidad de almacenamiento de energía es extremadamente baja. Entre los nuevos sistemas de almacenamiento de energía de base acuosa, las baterías de iones de magnesio de base acuosa, gracias a la alta abundancia de magnesio en la corteza terrestre, su bajo costo y su pequeño radio iónico, tienen el potencial de construir sistemas de alta densidad de energía volumétrica manteniendo la estabilidad de la red cristalina, pero su comercialización ha estado durante mucho tiempo limitada por una grave degradación cíclica y una densidad de energía real muy inferior al valor teórico. Aunque se han explorado diversos materiales de cátodo, cómo aliviar la acumulación de deformación inducida por la inserción de iones y lograr ciclos de larga duración sigue siendo un desafío en este campo.
El equipo de investigación descubrió que el dopaje con átomos de tantalio introduce vacantes de oxígeno cerca de los sitios de oxígeno terminales. Las vacantes de oxígeno pueden adsorber y disociar moléculas de agua interlaminares, haciendo que los grupos hidroxilo de tantalio formen complejos con las moléculas de agua mediante enlaces de hidrógeno, reduciendo la barrera de energía cinética para la difusión de iones de magnesio hidratados; al mismo tiempo, la disposición ordenada y la disociación de las moléculas de agua interlaminares pueden aliviar la expansión interlaminar y la deformación interna provocadas por la co-inserción de iones de magnesio hidratados. Estos mecanismos constituyen la base de almacenamiento de energía del electrodo de MoTaOx.
Gracias a los canales de transporte iónico optimizados y a la eficaz capacidad de deslocalización de deformación, el electrodo de MoTaOx muestra una capacidad de 300 mAh/g a una densidad de corriente de 0,15 A/g, y mantiene una alta estabilidad electroquímica después de 75,000 ciclos, con una capacidad acumulada de 7,2 Ah/g, superando con creces los mejores niveles reportados hasta la fecha. El equipo conjunto también ensambló baterías de bolsa de iones de magnesio totalmente acuosas y microbaterías integradas de iones de magnesio, verificando el potencial de este material en aplicaciones prácticas.
Esta investigación proporciona un material de cátodo de alta capacidad con una vida útil de ciclo ultralarga y, desde una perspectiva mecanística, aclara la vía para lograr la deslocalización de la deformación por inserción iónica mediante la regulación del entorno de coordinación local, ofreciendo un respaldo teórico y práctico para el diseño de baterías de base acuosa de próxima generación que combinen alta densidad de energía y larga vida útil de ciclo.
