Flexible, delgada y transparente como el filme pl\u00e1stico que se usa para envolver a las frutas antes de guardarlas en la heladera, una pel\u00edcula a base de \u00e1cido c\u00edtrico y germanio desarrollada por cient\u00edficos de S\u00e3o Paulo podr\u00eda incorporarse a las bater\u00edas recargables de iones de litio, que proveen la energ\u00eda necesaria para su funcionamiento a los tel\u00e9fonos celulares, a las computadoras port\u00e1tiles y a los autom\u00f3viles el\u00e9ctricos, mejorando su rendimiento. El nuevo material se utilizar\u00eda para fabricar electrolitos s\u00f3lidos que ocupar\u00edan el sitio de sus pares actuales, fabricados con pol\u00edmeros a base de carbono, que constituyen el relleno de las bater\u00edas y se encargan de conducir la electricidad entre los electrodos (o polos) positivo y negativo. Seg\u00fan los f\u00edsicos e ingenieros de la Universidad Federal del ABC (UFABC), en Santo Andr\u00e9, en el Gran S\u00e3o Paulo, y del Laboratorio Nacional de Nanotecnolog\u00eda, en Campinas, que concibieron el nuevo material, los electrolitos a base de germanio permitir\u00edan reducir significativamente el tiempo de carga y aumentar la durabilidad de las bater\u00edas, adem\u00e1s de reducir el riesgo de explosi\u00f3n y derrame de las mismas.<\/p>\n
Los investigadores a\u00fan no instalaron un electrolito con germanio en una bater\u00eda recargable para medir su desempe\u00f1o real, pero compararon sus propiedades con las de los materiales utilizados en esos dispositivos y obtuvieron resultados alentadores. La conductividad del electrolito con germanio fue 10 veces mayor que la de las bater\u00eda actuales, un indicador de que los iones (\u00e1tomos el\u00e9ctricamente cargados) de litio se mueven a una velocidad 10 veces mayor entre los polos del dispositivo. En las bater\u00edas recargables, la corriente el\u00e9ctrica se genera cuando los iones de litio se desplazan desde el polo negativo hacia el positivo. En el proceso de recarga, el movimiento es en sentido contrario.<\/p>\n
Tal como se describe en un art\u00edculo que sali\u00f3 publicado en noviembre de 2019 en la revista Journal of Physical and Chemical Letters<\/em>, la energ\u00eda de interacci\u00f3n \u2013que indica la capacidad de retenci\u00f3n de otros elementos qu\u00edmicos por las cadenas de carbono del electrolito\u2013 medida en el electrolito con germanio fue de 0,12 electronvoltios (eV). Cuanto menor es la energ\u00eda de interacci\u00f3n, mayor es la movilidad de los iones de litio en las bater\u00edas. \u201cLa energ\u00eda de interacci\u00f3n del germanio es la menor que se haya obtenido a nivel mundial\u201d, expresa el f\u00edsico Fl\u00e1vio Leandro de Souza, docente de la UFABC e investigador del LNNano, uno de los autores del trabajo. Seg\u00fan \u00e9l, el valor promedio de ese par\u00e1metro en los electrolitos actuales es de 0,9 eV y en los conductores cristalinos l\u00edquidos experimentales, de 0,5 eV.<\/p>\n Souza hall\u00f3 la pista de este nuevo material hace 10 a\u00f1os, cuando hac\u00eda el doctorado en la Universidad Federal de S\u00e3o Carlos (UFSCar), bajo la conducci\u00f3n de Edson Leite. En una de las etapas de la preparaci\u00f3n de nanopart\u00edculas met\u00e1licas con silicio para su uso como catalizadores qu\u00edmicos, \u00e9l observ\u00f3 la formaci\u00f3n de un material transparente, entonces sustituy\u00f3 uno de los elementos met\u00e1licos del catalizador, el n\u00edquel, por litio, y not\u00f3 que el material se tornaba conductor. \u201cQu\u00edmicamente, a temperatura ambiente, es un material s\u00f3lido con propiedades conductoras similares a las del vidrio\u201d, dice. M\u00e1s tarde, bajo su conducci\u00f3n, la ingeniera en energ\u00eda Vict\u00f3ria Castagna Ferrari, de la UFABC, reemplaz\u00f3 el silicio por germanio y obtuvo resultados a\u00fan mejores.<\/p>\n Premio Nobel<\/strong> Aquello que se denomina ventana de estabilidad electroqu\u00edmica \u2013el l\u00edmite dentro del cual el dispositivo puede funcionar sin degradarse\u2013 del material de la John Hopkins es de hasta 4,1 voltios (V), mientras que la del electrolito con germanio llega a 5,2 V, ambos por encima del rendimiento de las bater\u00edas en uso, que llega hasta 3 V. \u201cCuanto mayor es esa ventana, m\u00e1s estable es el material y menor el riesgo de descomponerse y causar explosiones\u201d, comenta el qu\u00edmico Roberto Torresi, del Instituto de Qu\u00edmica de la Universidad de S\u00e3o Paulo (IQ-USP), quien no intervino en el estudio con el germanio. Seg\u00fan \u00e9l, ya est\u00e1n en desarrollo electrodos de hasta 5 V. \u201cNo obstante, para que funcionen sin explotar, estos electrodos requieren electrolitos con una ventana de estabilidad de 5 V\u201d, a\u00f1ade. Grupos de investigaci\u00f3n estadounidenses y chinos incorporaron el germanio en los electrodos para elevar la eficiencia energ\u00e9tica de las bater\u00edas. En un estudio que sali\u00f3 publicado en febrero de 2020 en la revista Nano Energy<\/em>, un equipo de la Universidad Purdue, en Estados Unidos, describe un \u00e1nodo \u2013o polo negativo\u2013 fabricado con germanio, estroncio y selenio.<\/p>\n Proyecto<\/strong> Art\u00edculos cient\u00edficos<\/strong>
\nEn 2019, la importancia de las bater\u00edas de litio fue reconocida con el Premio Nobel de Qu\u00edmica concedido a sus inventores \u2013el f\u00edsico estadounidense John Goodenough, de la Universidad de Texas en Austin, Estados Unidos; el qu\u00edmico ingl\u00e9s Michael Stanley Whittingham, de la Universidad de Binghamton, en el Reino Unido; y el qu\u00edmico japon\u00e9s Akira Yoshino, de la Universidad Meijo, de Jap\u00f3n\u2013, quienes trabajaron en esos dispositivos desde la d\u00e9cada de 1970. Esas bater\u00edas, utilizadas en los tel\u00e9fonos celulares a partir de la d\u00e9cada de 1990, a\u00fan son inflamables, como por ejemplo, cuando uno se lo olvida expuesto al sol durante muchas horas seguidas. Hay grupos de investigaci\u00f3n en todo el mundo abocados a la b\u00fasqueda de materiales que resuelvan ese problema y aumenten la eficiencia de esos dispositivos. En un art\u00edculo publicado en octubre de 2019 en la revista Chemical Communications<\/em>, cient\u00edficos de la Universidad John Hopkins, en Estados Unidos, describieron un material polim\u00e9rico, a base de derivados del \u00e1cido acr\u00edlico, cuya presentaci\u00f3n tambi\u00e9n es bajo la forma de un filme transparente. Si ese nuevo material mejora las propiedades electr\u00f3nicas y mec\u00e1nicas de las bater\u00edas, eso se traducir\u00e1 en un menor tiempo de carga en el tomacorriente y tambi\u00e9n un menor riesgo de explosi\u00f3n o derrame.<\/p>\n
\nInterfaces en materiales: Propiedades electr\u00f3nicas, magn\u00e9ticas, estructurales y de transporte (n\u00ba 17\/02317-2<\/a>); Modalidad<\/strong> Proyecto Tem\u00e1tico; Investigador responsable<\/strong> Adalberto Fazzio (UFABC); Inversi\u00f3n<\/strong> R$ 3.789.844,75<\/p>\n
\nFERRARI, V. C. et al<\/em>. Controlling the activation energy for single-ion diffusion through a hybrid polyelectrolyte matrix by manipulating the central coordinate semimetal atom<\/a>. Journal of Physical and Chemical Letters<\/strong>.\u00a0v. 10, n. 24, p. 7684-7689. 25 nov. 2019.
\nRODRIGUEZ,\u00a0 J. R. et al<\/em>. Ge2Sb2Se5\u00a0glass as high-capacity promising lithium-ion battery anode<\/a>. Nano Energy<\/strong>. v. 68. 104326. feb. 2020.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"Un nuevo material podr\u00eda incrementar la durabilidad y la seguridad de las bater\u00edas de litio","protected":false},"author":17,"featured_media":355654,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"_exactmetrics_skip_tracking":false,"_exactmetrics_sitenote_active":false,"_exactmetrics_sitenote_note":"","_exactmetrics_sitenote_category":0,"footnotes":""},"categories":[181],"tags":[296,304,328],"coauthors":[5968],"class_list":["post-354710","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-ciencia-es","tag-energia-es","tag-fisica-es","tag-quimica-es"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/354710","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/users\/17"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=354710"}],"version-history":[{"count":4,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/354710\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":356285,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/354710\/revisions\/356285"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media\/355654"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=354710"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=354710"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=354710"},{"taxonomy":"author","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/coauthors?post=354710"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}