En este proyecto se pretende sintetizar y caracterizar nuevos electrodos positivos aplicables a baterías Metal/aire. Para ello se usarán diferentes materiales carbonosos nanoestructurados, como son los nanotubos de carbono, grafeno, tanto el oxidado como el reducido, quantum dots y espumas de carbono.

Además, se espera que el dopado de estos materiales con óxidos metálicos y compuestos nitrogenados aumente la actividad catalítica de los mismos. La fabricación de los materiales electródicos será llevada a cabo partiendo de tintas que incluyan estos compuestos, los cuales serán depositados sobre sustratos mediante diferentes técnicas de impresión de las que ya dispone nuestro laboratorio, como la de spin-coating, slot die coating, screen printing o aerografía, y otra técnicas de deposición en vacío (tanto en alto como en ultra alto vacío).

Además, se diseñarán tintas que contengan diferentes óxidos metálicos con el propósito de mejorar su función catalítica en la reducción y/o evolución de Oxígeno. Las propiedades catalíticas de estos materiales serán analizadas en primer lugar mediante distintas técnicas electroquímicas con electrodo rotatorio, con disco y anillo.

Este estudio nos permitirá conocer cuáles de estos materiales tienen mejores características catalizadoras y a continuación serán utilizados como electrodos positivos en baterías de Zn/aire.

En un principio, los electrodos impresos serán testados en baterías Zn/aire debido a las ventajas del Zn, como son su no toxicidad, su abundancia en la naturaleza, su bajo coste o su posibilidad de ser usado con electrolitos acuosos, evitando el uso de disolventes orgánicos, más costosos y tóxicos, además de permitir una menor conductividad iónica. Sin embargo, los electrodos de aire que se obtengan en este proyecto podrán ser utilizados, tal como se usaran en baterías Zn/aire, o con pequeñas variaciones, en otros tipos de baterías Metal/aire o en Células de Combustible.

Por otra parte, es sabido el gran interés que tiene la comunidad científica en conseguir nuevos electrodos que catalicen la reducción del O2 de aire, ya que en estas baterías, uno de los materiales activos electroquímicamente, el O2, no se encuentra en el interior de la misma, sino que es obtenido directamente de la atmósfera. Este hecho provoca que las baterías Metal/aire se caractericen por su poco peso, lo que se traducirá en mayores capacidades y energías específicas suministradas por estas baterías.

A esto se sumará el poco peso de los materiales carbonosos utilizados en la confección de los electrodos que se plantea en este proyecto. Además, el empleo de materiales de carbono, con o sin óxidos metálicos de reducido precio, nos permitirá abaratar los costes de las baterías, en las que no se utilizarán catalizadores de metales nobles, como el Pt o Ir.

Se ha de destacar también que, recientemente, diferentes autores han publicado resultados prometedores en el uso de materiales carbonosos nanoestructurados para conseguir electrodos bifuncionales, los cuales catalizan tanto la reducción como la evolución del O2 del aire. Estos resultados nos indican que esta propuesta de proyecto de investigación está encaminada hacia la obtención de electrodos de aire con muy buenas prestaciones.

En la actualidad es patente el interés tanto desde el punto de vista económico como social que existe a nivel mundial en el desarrollo de nuevas baterías aplicadas a ámbitos tan diversos como el Vehículo Eléctrico, almacenamiento de la energía producida por sistemas de Energía Renovable, como Sistemas Fotovoltaicos o Aerogeneradores, o para ser utilizadas en los dispositivos electrónicos de pequeño tamaño, ordenadores portátiles o teléfonos móviles. Es, por tanto, crucial, para la sociedad actual la mejora de las baterías existentes en el mercado, así como de la obtención de nuevas baterías con mejores prestaciones.