Al mapear lo que está sucediendo a nivel atómico detrás de un enfoque particularmente prometedor llamado metal electrólisisinvestigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts y el Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC están dando los primeros pasos en soluciones futuras que podrían marcar el comienzo de procesos más eficientes y ecológicos para la producción de litio, hierro y cobalto, así como ayudar al desarrollo de baterías de metal-aire.
En un papel publicado en la revista Química de Materiales, los científicos explican que la electrólisis de metales es un proceso en el que un óxido de metal, el mineral, se descarga con electricidad para crear metal puro con oxígeno como subproducto. Esa es la reacción que exploraron a nivel atómico.
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«Aquí, nuestro objetivo es establecer una comprensión básica para predecir la eficiencia de la producción electroquímica de metales y las baterías de metal-aire a partir del examen de las barreras termodinámicas computadas para la conversión entre metal y óxidos metálicos», dijo Yang Shao-Horn, uno de los autores del estudio. en un comunicado de prensa.
Sin embargo, el trabajo de descubrir los pasos elementales involucrados en la electrólisis de metales fue un desafío porque no estaba claro cuáles eran esos pasos. Esto significaba que los investigadores tenían que descubrir cómo pasar del óxido de metal al metal y al oxígeno.
Los análisis se realizaron con simulaciones de supercomputadoras.
“Es como una caja de arena de átomos, y luego jugamos con ellos”, dijo el coautor Michal Bajdich.
Más concretamente, el equipo exploró diferentes escenarios para la electrólisis de varios metales. Cada uno involucró diferentes catalizadores o moléculas que aumentan la velocidad de una reacción. El mapa que surgió es esencialmente una guía para diseñar los mejores catalizadores para cada metal diferente.
Dado que se centraron solo en metales puros, el siguiente paso para los investigadores es ver qué sucede en sistemas más complejos que involucran múltiples metales, como aquellos en los que están presentes el sodio y el litio.
La nueva comprensión a nivel atómico de estas reacciones no solo podría ayudar a los ingenieros a desarrollar rutas electroquímicas eficientes para la producción de metales, sino también a diseñar baterías de metal-aire más eficientes porque cargar baterías de metal-aire también implica electrólisis.
