La clave es MXene, un material bidimensional que consta de dos partes: un hidrogel (un gel con un componente de agua líquida) y un óxido metálico. Tiene una estructura lo suficientemente densa como para proteger la radiación y filtrar el agua, como demostró el equipo de investigación de Drexel. en 2011. Pero también es altamente conductor, lo que lo convierte en un buen candidato para membranas de batería.
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Esto es gracias a la composición química de MXene, que optimiza el flujo de electrodos — los lugares donde se almacena la energía en las baterías para cargarlas — a través de él. Las baterías se mantienen
iones en puertos llamados "sitios activos redox" para mantener la carga, y la cantidad de puertos que contiene una batería es directamente proporcional a la cantidad de carga que puede contener.
A diferencia de las membranas de las baterías actuales, que tienen rutas limitadas para que los iones lleguen a los puertos, MXene crea múltiples rutas para que los iones viajen. Y la alta conductividad natural de MXene ayuda a mover los iones rápidamente, aumentando la tasa de recarga efectiva.
“En las baterías tradicionales […] los iones tienen un camino tortuoso hacia los puertos de almacenamiento de carga, lo que no sólo ralentiza todo, sino que también "Crea una situación en la que muy pocos iones llegan a su destino a velocidades de carga rápidas", dijo Maria Lukatskaya, investigadora del equipo, dicho. “La arquitectura ideal de electrodos sería algo así como iones que se trasladan a los puertos a través de 'autopistas' de alta velocidad y de varios carriles, en lugar de tomar carreteras de un solo carril. Nuestro diseño de electrodo macroporoso logra este objetivo, lo que permite una carga rápida, del orden de unos pocos segundos o menos”.
El resultado final podría ser una batería que tarda apenas “decenas de milisegundos” en recargarse por completo en lugar de minutos u horas. Yuri Gogotsi, profesor de ingeniería y ciencia de materiales, dijo que la aplicación de MXene en el mundo real podría conducir a mejores baterias para portatiles y coche eléctrico baterías. "Si comenzamos a utilizar materiales de baja dimensión y conductores electrónicos como electrodos de batería, podemos hacer que las baterías funcionen mucho, mucho más rápido que hoy", dijo. "Con el tiempo, la apreciación de este hecho nos llevará a baterías de automóviles, portátiles y teléfonos móviles capaces de cargarse a velocidades mucho más altas: segundos o minutos en lugar de horas".
Mxene aún no es comercialmente viable; Gogotsi estima que faltan al menos tres años para abrirse camino en productos fabricados en masa como baterias de telefonos celulares. Pero el equipo está comprometido a explorar nuevas aplicaciones en el corto plazo.
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