Los electrodos con nanotubos huecos mejoran el rendimiento de las baterías de iones de potasio

02.11.2023

Los investigadores que trabajan en la búsqueda de alternativas a las baterías de iones de litio han centrado su atención en las baterías de iones de potasio. El potasio es un recurso abundante y la tecnología funciona de forma muy parecida a la de las baterías de iones de litio, pero estas baterías no se han desarrollado a gran escala porque el radio iónico causa problemas en el almacenamiento de energía y un rendimiento electroquímico inferior.

Para resolver este problema, los investigadores están considerando el NiCo2Se4, un seleniuro bimetálico, para crear electrodos con forma de esfera. Las esferas están construidas connanotubos de NiCo2Se4, que mejoran la reactividad electroquímica para una transferencia y un almacenamiento más rápidos de los iones de potasio.

"Los seleniuros bimetálicos combinan las características mejoradoras de dos metales, que se sinergizan mostrando ricos sitios de reacción redox y altas actividades electroquímicas. Un seleniuro bimetálico, NiCo2Se4, estudiado anteriormente para el almacenamiento de sodio, supercondensadores y electrocatalizadores, presenta un potencial considerable para el almacenamiento de iones potasio. Al sintetizar NiCo2Se4 mediante un proceso hidrotérmico de dos pasos, se desarrolla una estructura de nanotubos con agrupaciones en forma de flor que crean canales adecuados para la transferencia de iones/electrones de potasio", explica Mingyue Wang, investigador del Centro de Investigación en Ingeniería de Materiales y Dispositivos de Almacenamiento de Energía de la Universidad Jiaotong de Xi'an (China).

Inicialmente, se preparan esferas precursoras de Ni-Co con nanopartículas sólidas. Estas esferas tienen una estructura cristalina bien definida que luego se expone al seleniuro durante un proceso denominado selenización. Este proceso introduce selenio en el precursor Ni-Co, desarrollando la cubierta de nanotubos NiCo2Se4. Los tubos huecos se forman debido a un fenómeno llamado efecto Kirkendall, que se produce cuando dos metales se mueven debido a la diferencia en las velocidades de difusión de sus átomos. Estos nanotubos tienen una anchura de unos 35 nanómetros, lo que proporciona espacio suficiente para que los iones de potasio y los electrones se transfieran.

Mediante diversas pruebas y análisis, los investigadores pudieron confirmar hasta qué punto los ánodos de NiCo2Se4 podían mover y almacenar iones de potasio y electrones. Comprobaron que el NiCo2Se4 tiene más sitios activos que otros materiales de electrodos, presenta elementos distribuidos uniformemente y supera a otros electrodos que se probaron durante la investigación.

"El electrodo denanotubos NiCo2Se4 presentó un rendimiento electroquímico mucho mejor en términos de estabilidad cíclica y capacidad de velocidad que otros electrodos probados, incluidos Ni3Se4y Co3Se4. Esto se debe a la singular estructura de nanotubos del NiCo2Se4y a la sinergia que ofrece la copresencia de dos metales", afirma Wang. Estos homólogos monometálicos, Ni3Se4 y Co3Se4, no tuvieron tanto éxito como el NiCo2Se4 bimetálico, simplemente por la forma en que interactúan los dos metales (Ni y Co). NiCo2Se4 también tenía una mayor capacidad, lo que es muy beneficioso para mantener la estabilidad cíclica y el rendimiento a altas velocidades.

"Este trabajo ofrece nuevas perspectivas en el diseño de seleniuros metálicos binarios micro/nanoestructurados como ánodos para baterías de iones de potasio con un extraordinario rendimiento de almacenamiento de iones de potasio", afirmó Wang.

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