Material de cátodo revolucionario que permite alta

Los científicos han realizado avances significativos para abordar la inestabilidad del aire/agua y la inestabilidad estructural y electroquímica de los materiales de cátodo basados ​​en óxido de metal de transición de sodio para baterías de iones de sodio. Estos nuevos desarrollos han dado como resultado la creación de materiales catódicos estables y de alto rendimiento que muestran una excelente estabilidad cíclica electroquímica y se mantienen estables cuando se exponen al aire y al agua. Este avance es crucial para el desarrollo de sistemas de almacenamiento de energía sostenibles y rentables para diversas aplicaciones, incluidos los productos electrónicos de consumo, el almacenamiento de energía en la red, el almacenamiento de energía renovable y los vehículos eléctricos.

Con la creciente importancia de los vehículos eléctricos impulsados ​​por batería debido a preocupaciones ambientales, el desarrollo de un sistema de batería de iones de metal alcalino rentable, seguro y sostenible más allá del ion de litio es esencial. India, en particular, posee abundantes fuentes de sodio, lo que hace que el próximo sistema de baterías de iones de sodio sea muy importante en el contexto indio. Las celdas de iones de sodio constan de materiales activos de cátodo y ánodo que permiten la inserción y eliminación reversibles de iones de Na durante la carga y la descarga. El desempeño de estas celdas depende de la estabilidad de los electrodos, la cinética de transporte de Na y varias resistencias dinámicas.

Aunque las baterías de iones de sodio ofrecen muchas ventajas, el comportamiento electroquímico y la estabilidad de los materiales de cátodo a base de óxido de metal de transición de sodio en capas necesitan mejorar para su uso generalizado en los sistemas de baterías de iones de sodio. La falta de estabilidad hace que la manipulación y el almacenamiento de los óxidos de metales de transición de sodio sea un desafío y afecta negativamente a su rendimiento electroquímico. Además, su inestabilidad del agua requiere el uso de productos químicos tóxicos y costosos como N-metil-2-pirrolidona (NMP) para la preparación de electrodos, en lugar de lodos a base de agua.

El grupo del profesor Amartya Mukhopadhyay en IIT Bombay ha logrado un progreso significativo en el desarrollo de cátodos ambientalmente estables y de alto rendimiento para baterías de iones de sodio. Al introducir el espaciado "entre losas" mediante el ajuste de la covalencia del enlace TM-O, propusieron un criterio de diseño universal para el desarrollo exitoso y generalizado de estos cátodos. El ajuste del grado de covalencia afecta la carga neta de los iones O, lo que influye en la atracción electrostática entre los iones Na y O, así como en las repulsiones entre los iones O a través de la capa de Na.

La investigación demuestra que la reducción de la covalencia TM-O da como resultado enlaces Na-O más fuertes y una mejor estabilidad aire/agua, mientras que el aumento de la covalencia TM-O conduce a enlaces Na-O más débiles y una cinética de transporte de Na mejorada, lo que permite una mayor densidad de potencia. Además, al aumentar la covalencia del enlace TM-O, el grupo estabilizó la coordinación prismática de O de los iones de Na, lo que permitió una mayor capacidad de almacenamiento de Na y una mejor estabilidad del aire/agua.

Estos avances tienen una importancia práctica inmensa y se espera que faciliten el desarrollo generalizado de sistemas de baterías de iones de sodio rentables y de alto rendimiento a través de métodos de procesamiento de electrodos ecológicos.