Las baterías de iones de litio no tienen rival en términos de rendimiento general para varias aplicaciones, como lo demuestra su uso generalizado en todo, desde dispositivos electrónicos portátiles hasta estaciones base celulares. Sin embargo, adolecen de algunas desventajas importantes que son difíciles de ignorar. Por un lado, el litio es bastante caro, y el hecho de que se extraiga a un ritmo extremo no ayuda. Además, la densidad energética de las baterías de iones de litio no es suficiente para otorgar autonomía a vehículos eléctricos y maquinaria pesada. Estas preocupaciones, junto con el hecho de que las baterías son altamente inseguras cuando se perforan o se someten a altas temperaturas, han llevado a los científicos a buscar tecnologías alternativas.

Entre los diversos elementos que se están probando como portadores de energía eficientes para las baterías recargables, el magnesio (Mg) es un candidato prometedor. Además de su seguridad y abundancia, el Mg tiene el potencial de generar mayores capacidades de batería. Sin embargo, primero es necesario resolver algunos problemas. Estos incluyen la ventana de bajo voltaje que proporcionan los iones de Mg, así como el rendimiento cíclico poco confiable que se observa en los materiales de las baterías de Mg.

Para abordar estos problemas, un equipo de investigación dirigido por el vicepresidente y profesor Yasushi Idemoto de la Universidad de Ciencias de Tokio, Japón, ha estado buscando nuevos materiales de cátodo para baterías de Mg. En particular, han estado buscando formas de mejorar el rendimiento de los materiales de cátodo basados ​​en el sistema MgV (V : vanadio). Afortunadamente, como se informó en un estudio reciente disponible en línea el 8 de diciembre de 2022 y publicado en el Volumen 928 del Journal of Electroanalytical Chemistry el 1 de enero de 2023, ahora han encontrado el camino correcto hacia el éxito.

Los investigadores se centraron en el sistema Mg1.33V1.67O4 pero sustituyeron una cierta cantidad de vanadio por manganeso (Mn), obteniendo materiales con la fórmula Mg1.33V1.67−xMnxO4, donde x va de 0,1 a 0,4. Si bien este sistema ofrecía una gran capacidad teórica, era necesario analizar más detalles sobre su estructura, ciclabilidad y rendimiento del cátodo para comprender su utilidad práctica. En consecuencia, los investigadores caracterizaron los materiales del cátodo sintetizado utilizando una amplia variedad de técnicas estándar.

En primer lugar, estudiaron la composición, la estructura cristalina, la distribución de electrones y las morfologías de las partículas de los compuestos Mg1,33V1,67−xMnxO4 utilizando difracción y absorción de rayos X, así como microscopía electrónica de transmisión. Los análisis mostraron que Mg1.33V1.67−xMnxO4 tiene una estructura de espinela con una composición notablemente uniforme. A continuación, los investigadores realizaron una serie de mediciones electroquímicas para evaluar el rendimiento de la batería de Mg1.33V1.67−xMnxO4, utilizando diferentes electrolitos y probando las propiedades de carga/descarga resultantes a varias temperaturas.

El equipo observó una alta capacidad de descarga para estos materiales catódicos, especialmente Mg1.33V1.57Mn0.1O4, pero también varió significativamente según el número de ciclos. Para entender por qué, analizaron la estructura local cerca de los átomos de vanadio en el material. « Parece que la estructura cristalina particularmente estable junto con una gran cantidad de compensación de carga por parte del vanadio conduce a las propiedades de carga y descarga superiores que observamos para Mg1.33V1.57Mn0.1O4 », comenta el profesor Idemoto. « Tomados en conjunto, nuestros resultados indican que Mg1.33V1.57Mn0.1O4 podría ser un buen material de cátodo candidato para baterías recargables de magnesio ».

Satisfecho con los hallazgos actuales y esperanzado con lo que está por venir, el profesor Idemoto concluye : « A través de futuras investigaciones y desarrollos, las baterías de magnesio podrían superar a las baterías de iones de litio gracias a la mayor densidad de energía de las primeras ».

De hecho, los sistemas de MgV sustituidos podrían eventualmente conducir a las tan esperadas baterías de próxima generación. ¡Esperemos que la muy esperada alternativa al litio para nuestras necesidades de baterías recargables se haga realidad pronto !