Los investigadores chinos han mejorado enormemente el rendimiento de las baterías de iones de sodio metilando electrolitos de hidrogel, aumentando su absorción de sal y su estabilidad. Este avance no sólo mejora la eficiencia de estas baterías respetuosas con el medio ambiente, sino que también abre nuevas posibilidades para el uso de hidrogeles en una variedad de tecnologías.
Las baterías de agua flexibles que se utilizan habitualmente en dispositivos electrónicos portátiles suelen incluir un electrolito de hidrogel compuesto de agua y sal. Un equipo de investigación chino ha logrado avances significativos en la mejora de la estabilidad salina de los hidrogeles en baterías de iones de sodio. Metaron el polímero estructural del hidrogel, lo que evitó la formación de sales, mejorando así la capacidad de la batería y el rendimiento cíclico.
Los resultados de su investigación se publicaron recientemente en la revista AngewandteChemie.
Las baterías de iones de sodio son una alternativa prometedora a las baterías de iones de litio porque contienen materiales más baratos y respetuosos con el medio ambiente que las baterías de iones de litio. Sin embargo, las baterías nuevas requieren el desarrollo de muchos componentes nuevos, todos los cuales deben adaptarse a los iones de sodio. Uno de los componentes más básicos es el electrolito, que a menudo toma la forma de un hidrogel en baterías delgadas y flexibles. Estos materiales flexibles que contienen agua absorben sales de sodio disueltas y conducen iones.
Aunque los hidrogeles son adecuados, un problema no resuelto es la aparición de separación de fases y salinidad en las altas concentraciones de sal requeridas para una amplia ventana de estabilidad electroquímica. Cui Guanglei y sus colegas del Instituto de Energía de Qingdao de la Academia de Ciencias de China han mejorado con éxito los hidrogeles de baterías de iones de sodio para que puedan absorber más sal de forma estable y segura.
Para conseguirlo, utilizaron una técnica también utilizada en la naturaleza para regular la unión agua-sal de grandes macromoléculas biológicas: la metilación. En las proteínas, la metilación provoca la "cobertura" de los grupos amina y amida, lo que reduce la accesibilidad de las moléculas de agua a los enlaces cruzados y la solubilización de los iones salinos dentro de la estructura de la proteína.
Dado que los polímeros de poliamida utilizados en los hidrogeles también contienen grupos amida, su intensa reticulación con moléculas de agua puede provocar sales y, con ello, descomposición de electrolitos. Teniendo esto en cuenta, el equipo comparó hidrogeles elaborados a partir de poliamidas ordinarias con aquellos elaborados a partir de poliamidas que contienen grupos amida metilados. Este último absorbe mucha más sal que la variante original. El electrolito de hidrogel permanece transparente y estable incluso cuando las concentraciones de sal alcanzan niveles récord.
Un mayor contenido de sal permite ampliar el rango de tensión electroquímicamente disponible de la batería. Además, el equipo no observó ningún signo de desintegración del electrodo, la estabilidad del ciclo fue mejor y la batería ensamblada tenía una mayor capacidad que su contraparte no metilada. En este sistema se puede utilizar incluso papel de aluminio barato como colector de corriente.
Los autores sugieren que la metilación simple de poliamida también podría usarse en otras tecnologías, como el desarrollo de fármacos, para hacer que los hidrogeles sean más tolerantes a la sal y, por tanto, más estables.