Investigadores del Cinvestav desarrollan nanomateriales coaxiales para mejorar el desempeño de baterías recargables, supercondensadores y celdas solares
En México se estima que el mayor yacimiento de litio, ubicado en el estado de Sonora, cuenta con reservas de aproximadamente 243 millones de toneladas. Este mineral es fundamental para la fabricación de baterías recargables (ion-Li), las cuales son usadas en dispositivos portátiles; sin embargo, sus principales desventajas son los altos costos de producción y que pueden provocar explosiones durante su operación debido a los materiales inflamables con los que están hechas.
Estos antecedentes fueron motivación para que un grupo de investigación del Cinvestav, encabezado por Ivonne Liliana Alonso Lemus, investigadora de Cátedra Conacyt en la Unidad Saltillo, desarrollara nanomateriales coaxiales con propiedades ópticas, eléctricas, químicas, mecánicas y estructurales, que los hacen atractivos para la mejora del desempeño de sistemas de generación y almacenamiento de energía limpia, eficaz y segura.
Los nanomateriales coaxiales son compuestos que comparten al menos un eje en común a escalas nanométricas; es decir, si se unen dos materiales de diferente composición alineados en uno de sus ejes, se obtiene otro que combina y potencializa sus propiedades. Por ejemplo, un cable coaxial de TV donde el núcleo es de un material y su cubierta de otro, las nanofibras coaxiales son lo mismo, pero de tamaños muy pequeños.
En la investigación, publicada en la revista Journal of Materials Research, se explica el potencial que tienen los nanomateriales coaxiales; por ejemplo, en Cinvestav Unidad Saltillo se desarrollan novedosas nanofibras coaxiales con núcleo de calcogenuros ternarios y cubierta de carbón, cuyas propiedades permiten almacenar más energía y alargar la vida útil de una batería.
Además, las nanofibras coaxiales ofrecen una operación segura de las baterías durante muchos ciclos, ya que su núcleo puede almacenar grandes cantidades de energía y la cubierta de carbón evita la expansión de los materiales, el deterioro de los electrodos y en muchos casos explosiones.
En aplicaciones enfocadas en la generación de energía, los nanomateriales coaxiales permiten el desarrollo de celdas solares de tercera generación con altos valores de eficiencia de conversión de energía.
Algunas de las ventajas de esta tecnología es que implica el uso de materiales novedosos distinguidos por sus excelentes propiedades. Su producción es a través de química verde; es decir, con procesos sustentables que evitan o minimizan el impacto en el medio ambiente.
Para la elaboración de los nanomateriales coaxiales fue necesario modificar un equipo de electrohilado (comúnmente utilizado para producir nanofibras poliméricas). “El equipo se desarrolla totalmente en el Cinvestav, aquí mismo lo están adaptando y funciona a partir de dos sustancias diferentes en una jeringa coaxial, que originan este nanomaterial, pues mientras una sustancia sale por el centro, la otra forma la coraza”, señaló Ivonne Alonso.
Hay varias industrias dedicadas a la manufactura de nanomateriales en México y esta nueva técnica podría interesarles. En cuanto a la maquinaria, los equipos de electrohilado comerciales se pueden adaptar fácilmente con el método que el Cinvestav propone.
Son muchos los retos que se enfrentan al desarrollar estas nanoestructuras; a nivel institución las investigaciones solo se abordan a escala laboratorio, pero la implementación de estos materiales implica el lograr obtener procesos que sean escalables, para una producción industrial.
Se espera que esta investigación encuentre su conexión con la industria, pues en el país no existen fábricas dedicadas a la producción de baterías de litio, pero sí los recursos suficientes y la capacidad científica para desarrollar y aplicar esta tecnología.
