La clave de las nuevas baterías es una especie de polímero redox a base de nitroxilo

Las baterías recargables de iones de litio están básicamente en todas partes, alimentando todo, desde teléfonos inteligentes hasta computadoras portátiles, auriculares a dispositivos de juego y mucho más.

Pero si bien la conveniencia de esta omnipresente química de batería (y ganadora del Premio Nobel) ha cambiado radicalmente la forma en que usamos y cargamos la tecnología portátil, el ión de litio está lejos de ser perfecto.

El rendimiento de las baterías de iones de litio se degrada con el tiempo y, a veces, las fallas en las células de la batería pueden provocar sobrecalentamiento y peligros de incendio no esperados, y las empresas a veces tienen que emitir retiradas urgentes de productos que pueden explotar sin previo aviso.

Y como puede atestiguar cualquiera que posea un teléfono inteligente, tableta o computadora portátil, cargar baterías de iones de litio puede ser un proceso lento y que requiere mucho tiempo. En ese frente, los científicos tienen buenas noticias que informar.

Investigadores en Rusia han desarrollado un nuevo tipo de tecnología de batería que, según dicen, puede cargar aproximadamente 10 veces más rápido que las baterías de iones de litio existentes, una aceleración que podría ofrecer enormes ventajas de ahorro de tiempo si se implementara en dispositivos cotidianos.

"Una batería fabricada con nuestro polímero se cargará en segundos, aproximadamente 10 veces más rápido que una batería de iones de litio tradicional", dice el investigador de electroquímica Oleg Levin de la Universidad de San Petersburgo. "Esto ya se ha demostrado a través de una serie de experimentos".

La clave de las nuevas baterías es una especie de polímero redox a base de nitroxilo, un material que puede sufrir oxidación reversible (pérdida de electrones) y reducción (ganancia de electrones) cuando se descarga y carga.

En este caso, el polímero redox utilizado es una forma sintetizada de NiSalen (níquel-salen), un metalopolímero que contiene metal, en el que las cadenas de átomos de níquel y salen actúan como cables moleculares para aumentar la conductividad de los electrones, que es una limitación de las baterías de polímero a base de nitroxilo.

"En los polímeros a base de nitroxilo, la única vía de transporte de carga es el salto de electrones entre centros redox adyacentes, que es rápido a escala microscópica", explican los investigadores en su estudio.

"A pesar de esto, la conductividad electrónica macroscópica del material a base de nitroxilo parece ser muy baja".

En las pruebas, los investigadores exploraron varios tipos de diferentes polímeros, pero la química de NiSalen fue el único dispositivo que resultó ser estable y eficiente, gracias a la forma en que las estructuras de níquel y salen funcionaban como una columna vertebral conductora. Las estructuras actuaron simultáneamente como un colector de carga para los colgantes de nitroxilo al mismo tiempo que apoyaban la capacidad redox de la sustancia.

El dispositivo también funciona bien a bajas temperaturas, lo que no es algo que pueda decirse de las baterías de iones de litio sensibles a la temperatura. Sin embargo, no es que el veloz NiSalen sea necesariamente perfecto en todas las áreas, todavía.

"En esta etapa, todavía está rezagado en términos de capacidad, entre un 30 y un 40 por ciento menos que en las baterías de iones de litio", dice Levin.

"Actualmente estamos trabajando para mejorar este indicador mientras mantenemos la tasa de carga y descarga".

En teoría, los polímeros a base de nitroxilo deberían ofrecer en última instancia un buen potencial capacitivo, por lo que puede ser cuestión de tiempo antes de que el equipo descubra cómo ajustar la batería para que ofrezca un buen margen de carga además de una atractiva conductividad.

Esperamos, porque además de las ganancias de carga, existen otras importantes ventajas que este tipo de batería también podría ofrecer.

"Es segura de usar, no hay nada que pueda representar un peligro de combustión, a diferencia de las baterías a base de cobalto [incluidas las baterías de iones de litio] que están muy extendidas en la actualidad", dice Levin.

"También contiene significativamente menos metales que pueden causar daño ambiental. El níquel está presente en nuestro polímero en una pequeña cantidad, pero hay mucho menos que en las baterías de iones de litio".

Los hallazgos se informan en Batteries and Supercaps: The Fast and the Capacious: A [Ni(Salen)]-TEMPO Redox-Conducting Polymer for Organic Batteries

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