LA  OFERTA  BÁSICA

Los nuevos diseños de materiales son imprescindibles para lograr los avances fundamentales en los sistemas de conversión y almacenamiento de energía. Ambos son vitales para el reto de mitigar el calentamiento global, que requiere una sustitución de la energía sin depender de los combustibles de combustión que comprometen el medio ambiente.

Ofrecemos materiales de arquitectura atómica y de confinamiento cuántico para mejorar los resultados de los sistemas de almacenamiento de energía, en aplicaciones nicho en las que el peso ligero, la resistencia a la degradación por calor o radiación, el alto rendimiento y la longevidad con materiales de bajo volumen son un requisito esencial.

MATERIAL  DE  BATERÍA  ATÓMICAMENTE  ARQUITECTURADO

En la tecnología contemporánea de baterías/almacenamiento de energía, los electrodos basados en silicio (Si) sufren enormes cambios de volumen durante los procesos de litificación/deslitificación. Esto provoca la pulverización de las nanoestructuras de silicio y, en consecuencia, un acortamiento de las propiedades de ciclado de las baterías.

El Carburo de siliceno (SixC) es la cerámica más resistente a la corrosión, con capacidad para mantener su resistencia hasta 1400°C (2552 °F). En su forma nanoestructurada y atómica, el SixC presenta una dureza bastante elevada, conservando su estructura tras largos tiempos de ciclado. 

El SixC nanoestructurado utilizado como material anódico en las baterías de iones de litio (LIBs) presenta una estabilidad de ciclo superior, una buena capacidad de carga y una baja impedancia. Cuanto más pequeño sea el tamaño del material con arquitectura atómica, mayor será su tolerancia a la tensión/deformación. Esto minimiza la pulverización y prolonga la vida útil de una batería en la que se incorporan estos materiales de arquitectura atómica.

Los nanotubos de SixC con arquitectura atómica son aplicables a los microultracondensadores de alta temperatura, en los que los estudios han demostrado que presentan una estabilidad excepcional y una larga vida útil. 

La nanotecnología es ese ámbito contraintuitivo en el que se necesita menos material para conseguir más funcionalidad, ya que la superficie aumenta considerablemente con la miniaturización del tamaño. Con estos materiales de alta superficie, especialmente en el rango de tamaño de la definición cuántica (< 20 nm), es posible conseguir sistemas de alto rendimiento, duraderos y ligeros, utilizando muy poco material cuántico. La arquitectura atómica es el paso extra que se incorpora a nuestros procesos de diseño y fabricación de materiales, para potenciar tanto la funcionalidad como la compatibilidad medioambiental de los materiales cuánticos, haciendo así más eficiente y versátil su ámbito de aplicación. El objetivo esencial del progreso reside en aumentar la densidad energética de un material, no su volumen.

EL  DOMINIO  CUÁNTICO 

El progreso en el régimen cuántico de los nanomateriales de arquitectura atómica no consiste en aumentar el volumen. El avance en el ámbito cuántico se produce más por el aumento de la superficie y, en consecuencia, del rendimiento del 

material, que por la cantidad del mismo. Se hace con la comprensión de cómo reposicionar más átomos en el campo operativo de la superficie del material. El aumento de la relación superficie/volumen, como ocurre con los materiales cuánticos, mejora tanto la densidad de energía como la de potencia en virtud de un aumento del área electroquímicamente activa y una reducción de las longitudes de transporte. Menos es más: Se trata de aprovechar la energía bruta del átomo descoordinado, abierta a explotaciones sustanciales. 

Los materiales cuánticos confinados ofrecen una plataforma operativa más potente, en la que sólo se necesita un poco de material para hacer el trabajo. Con estos materiales se consiguen dispositivos duraderos más pequeños y ligeros, pero robustos y sustancialmente eficientes, ya que las dimensiones de los materiales cuánticos son demasiado pequeñas (< 20 nm) para permitir los procesos micromecánicos de deformación y fractura, lo que mejora su vida útil. 

El ámbito de los materiales cuánticos es el menos explorado industrialmente, pero el más deseado para el avance de la nanotecnología en la actualidad. También representan el conjunto de materiales más difícil de fabricar, por no hablar de su ampliación, para cubrir la demanda industrial. El NANOARC ha superado este obstáculo y por ello ofrece esta oferta de nanomateriales cuánticos y atómicamente estructurados para la mejora de las tecnologías de baterías de próxima generación. 

el tamaño de las partículas CUANTICO IMPORTA

Una nanopartícula debe poder impedir la formación de límites de grano. Con un tamaño de 10 nm, solo caben una o dos dislocaciones dentro de un grano. En la mayoría de los materiales, esto significa nanopartículas muy por debajo de los 10 nm, ya que con tamaños de nanopartículas mayores, comienzan a surgir límites de grano secundarios. Por ejemplo, en materiales como el SnOx, el tamaño crítico para la aparición de límites de grano es de 7 nm.

¿Por qué este tamaño es crítico?

Los límites de grano son defectos bidimensionales en una estructura cristalina que tienden a disminuir la conductividad eléctrica y térmica de un material. La mayoría de los límites de grano son lugares preferentes para el inicio de la corrosión.

Los límites de grano son fronteras infranqueables para las dislocaciones y el número de dislocaciones dentro de una nanopartícula afecta al modo en que se acumula la tensión en el grano adyacente, lo que acaba activando las fuentes de dislocaciones y, por tanto, permitiendo también la deformación en el grano vecino.

Reduciendo el tamaño de las nanopartículas se puede influir en el número de dislocaciones que se acumulan en el límite del grano y aumentar su límite elástico, es decir, la tensión máxima que tolera la nanopartícula antes de empezar a deformarse.

Un ejemplo de este tamaño crítico lo encontramos en el SnOx, el material para ánodos de baterías más explorado. Con un radio de Bohr de ~ 2,7 nm, el SnOx cuánticamente confinado con diámetros inferiores a 5 nm sería el más adecuado para los ánodos basados en SnOx, ya que reforzaría la resistencia a la deformación/pulverización y prolongaría considerablemente la vida útil de las baterías.