Un material a base de hierro almacene hasta cinco electrones y duplica su potencial energético

Buenos Aires-(Nomyc)-El diseño de un material catódico basado en hierro capaz de liberar y recuperar cinco electrones por átomo, en lugar del límite habitual de dos o tres, fue logrado por Un equipo internacional liderado por investigadores de Stanford y SLAC, lo que multiplica la densidad energética potencial de las baterías y posiciona al hierro como una alternativa real al cobalto y al níquel, dos metales escasos, caros y con un alto coste ambiental y social.

La innovación, tiene un impacto directo e inmediato en el desarrollo de baterías de iones de Litio más económicas, sostenibles y con mayor rendimiento, pero sus implicaciones van más allá, ya que podría transformar sectores como la imagen médica es decir la resonancia magnética, el transporte ferroviario de alta velocidad e incluso abrir nuevas vías en la investigación de superconductores.

Más allá de lo teórico: cómo se logró: la clave del avance, está en romper las limitaciones tradicionales del estado de oxidación del hierro dentro de la estructura cristalina del material y hasta ahora, los intentos por forzar al hierro a liberar más electrones fracasaban: la estructura colapsaba, el rendimiento caía y la reversibilidad desaparecía y el equipo liderado por Ramachandran, Mu y Lomeli, no solo estabilizó el material, sino que lo hizo funcional en condiciones reales de carga y descarga.

Cómo lo hizo: redujo de manera importante el tamaño de las partículas, a solo 300-400 nanómetros y cultivaron los cristales en una solución líquida diseñada de manera especial, con lo que consiguieron mantener la integridad del material a pesar de la alta exigencia electrónica.

Además, la interacción entre átomos de hierro y oxígeno dentro del compuesto formado por Litio, Hierro, Antimonio y Oxígeno (LFSO), que permitió redistribuir la carga de forma cooperativa, sin provocar reacciones parásitas ni inestabilidad estructural.

Sostenibilidad y justicia ambiental: este avance, no solo es técnico: es también ético y ambiental, ya que la dependencia global del cobalto y el níquel ha generado múltiples problemas: contaminación, explotación laboral infantil y concentración geopolítica del suministro, especialmente en el caso del cobalto, extraído en un 70 por ciento de la República Democrática del Congo.

El reemplazo por hierro, un metal abundante, barato y distribuido globalmente, permite diseñar una cadena de suministro más limpia, más justa y menos vulnerable y además, el creciente uso del Fosfato de Hierro y Litio (LFP), en vehículos eléctricos y almacenamiento estacionario demuestra que la industria ya busca alternativas que prioricen la sostenibilidad.

Pero el LFP tiene una limitación: bajo voltaje. Justo ahí entra el nuevo material y si el LFSO mejorado logra integrarse en aplicaciones comerciales, se obtendría el rendimiento del cobalto con el coste del hierro y una combinación muy esperada.

Aplicaciones más allá de las baterías: aunque el foco inicial está en las baterías, el comportamiento del material tiene implicaciones para tecnologías que requieren control preciso de campos magnéticos o electrones altamente energéticos.

Por ejemplo:

• Trenes de levitación magnética, que ya operan en países como Japón y China, podrían beneficiarse de sistemas más ligeros y eficientes.
• Máquinas de resonancia magnética (MRI) más compactas y con menor consumo energético serían una realidad.
• La comprensión detallada del estado electrónico del hierro en este nuevo material podría inspirar investigaciones en superconductividad sin necesidad de temperaturas extremas.

Potencial: este descubrimiento representa una pieza concreta del rompecabezas climático, ya que no es una promesa abstracta, sino un avance con aplicaciones reales y escalables.

Algunas oportunidades reales:

• Electrificar más rápido el transporte: si las baterías de hierro logran más voltaje, los vehículos eléctricos serán más accesibles y duraderos, incluso en regiones con infraestructuras limitadas.
• Almacenar energía solar y eólica a gran escala: las baterías LFSO podrían sustituir químicas más contaminantes en sistemas de almacenamiento estacionario, mejorando la estabilidad de la red eléctrica.
• Reducir la presión sobre ecosistemas mineros: menos cobalto y níquel significa menos deforestación, menos contaminación por metales pesados y menos conflictos socioambientales.
• Democratizar la tecnología energética: usar materiales comunes como el hierro abre la puerta a una producción descentralizada, más diversa, menos dependiente de intereses geopolíticos.

Queda trabajo por delante: reemplazar el antimonio, mejorar la escalabilidad del proceso, afinar la durabilidad, pero las piezas están sobre la mesa y el futuro, no depende de minerales raros ni de condiciones ideales, sino de cómo elijamos usar lo que ya.

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