Baterías de magnesio recargables para el almacenamiento en red

Las baterías recargables de magnesio (RMB) han despertado un gran interés como dispositivos de almacenamiento de energía más allá de las baterías de iones de litio debido a su densidad energética potencialmente alta y a la abundancia de magnesio en la corteza terrestre. Sin embargo, la comercialización de este tipo de tecnología se ha visto frenada por la falta de materiales catódicos adecuados.

Ahora, investigadores de la Universidad de Tohoku (Japón) han desarrollado un nuevo material catódico para las RMB, aprovechando una estructura mejorada de sal gema, que permite una carga y descarga eficientes incluso a bajas temperaturas.

Su estudio muestra una mejora considerable en la difusión del magnesio dentro de una estructura de sal gema, un avance crítico ya que la densidad de los átomos en esta configuración había impedido anteriormente la migración del magnesio.

Al introducir una mezcla estratégica de siete elementos metálicos diferentes (Mg0,35Li0,3Cr0,1Mn0,05Fe0,05Zn0,05Mo0,1O), los investigadores crearon una estructura cristalina abundante en vacantes catiónicas estables, lo que facilitó la inserción y extracción del magnesio. Informaron de que la extracción de cationes de litio en la primera carga da lugar a una cantidad sustancial de cationes vacantes en la estructura de sal gema, lo que facilita la difusión de magnesio (Mg) en ciclos posteriores.

Esto representa la primera utilización de óxido de sal gema como material catódico para RMBs. El desarrollo también aborda una limitación clave de los RMB: la dificultad del transporte de magnesio dentro de los materiales sólidos.

Hasta ahora han sido necesarias altas temperaturas para mejorar la movilidad del Mg en materiales catódicos convencionales, como los que tienen estructura de espinela. Sin embargo, el material presentado por los investigadores de la Universidad de Tohoku supuestamente funciona con eficacia a 90 ºC, lo que demuestra una reducción significativa de la temperatura de funcionamiento necesaria.

Los investigadores informaron de que el nuevo material producía una capacidad reversible de unos 90 mA h g-1 a una densidad de corriente de 10,4 mA g-1 con un potencial de unos 2,0 V frente a Mg2+/Mg a 90 ºC, una temperatura relativamente baja en comparación con la de los cátodos de óxido de espinela de los que se había informado anteriormente, que funcionaban a 150 ºC.

Según Tomoya Kawaguchi, autor principal de la investigación, “las baterías de magnesio, con el nuevo material de cátodo desarrollado, están llamadas a desempeñar un papel fundamental en diversas aplicaciones, como el almacenamiento en red, los vehículos eléctricos y los dispositivos electrónicos portátiles, contribuyendo al cambio global hacia las energías renovables y la reducción de la huella de carbono”.

Los resultados de la investigación se analizan en “Securing cation vacancies to enable reversible Mg insertion/extraction in rocksalt oxides” (Asegurar vacantes de cationes para permitir la inserción/extracción reversible de Mg en óxidos de sal gema), publicado en la revista Journal of Materials Chemistry A.