La posibilidad de utilizar materiales “auto-ordenables” para la fabricación de baterías con mayor capacidad de almacenamiento y menor degradación por uso, puede ser una realidad gracias al estudio realizado por el investigador japonés Atsuo Yamada de la Universidad de Tokio, y en el que ha participado activamente el CIC energiGUNE a través de las investigadoras Marine Reynaud y Montse Casas-Cabanas. El trabajo, que abre la puerta a una nueva forma de diseñar materiales para baterías, se recoge en el actual número de la revista Nature Communications.
La participación del CIC energiGUNE en este proyecto, que también cuenta con la colaboración del Instituto de Química de la Materia Condensada de Burdeos, ha girado en torno al desarrollo de un programa de análisis específico de difracción de rayos X. El Centro vasco es una de las pocas entidades, a nivel internacional, que puede ofrecer este tipo de servicios, por lo que su actividad ha sido crucial para el proyecto.
“La colaboración surge por nuestro conocimiento y experiencia en la caracterización estructural y microestructural de materiales para baterías, y en particular por el programa FAULTS que desarrollamos en colaboración con el Dr. Juan Rodriguez-Carvajal del Institut Laue Langevin de Grenoble” ha manifestado Montse Casas-Cabanas, investigadora del CIC energiGUNE y responsable de esta parte del proyecto.
Según Casas-Cabanas, el material de estudio de esta publicación se caracteriza por su estructura laminar, es decir que los átomos se organizan en diferentes capas apiladas una encima de otra, como en un “lego”. Sin embargo en vez de apilarse de forma perfecta, las capas de átomos están ligeramente desplazadas entre ellas, formando lo que se denomina “defectos planares” y resultando en una estructura desordenada. El análisis de este tipo de estructuras desordenadas requiere una metodología específica, diferente a la que se suele emplear en la gran mayoría de los estudios de materiales.
En concreto, la contribución del CIC energiGUNE en este proyecto consiste en el estudio del mecanismo de reacción del material seleccionado. “Gracias a nuestro software FAULTS y nuestro análisis se ha podido observar y entender este mecanismo por primera vez. Se trata de un nuevo mecanismo que implica una auto-ordenación de la estructura durante el proceso de carga de la batería, y que además es reversible, ya que al descargar se vuelve a la estructura desordenada de origen” ha explicado Montse Casas-Cabanas, para quien el proceso de ordenado-desordenado puede definirse como una “coreografía atómica”.
Como consecuencia de este proceso, la capacidad del material se extiende –con lo que aumenta la capacidad de energía almacenada- y se facilita la reversibilidad de la reacción, lo que reduce la degradación de la unidad. “Esta capacidad de auto-organizarse representa una nueva estrategia para el diseño de nuevos materiales de electrodos que permitirán aumentar la energía almacenada en las baterías de litio o sodio” ha concluido la investigadora del CIC energiGUNE.
