CONICET | Buscador de Institutos y Recursos Humanos

El 85% de la energía generada en nuestro planeta se obtiene mediante procesos altamente contaminantes e ineficientes basados en recursos agotables: los combustibles fósiles. Como ejemplo de la magnitud del impacto ambiental generado por estos combustibles, entre 1975 y 2015 la emisión global de CO2 se duplicó y se espera que se triplique para el año 2040. El camino hacia un futuro sustentable involucra superar un conjunto de desafíos científicos, tecnológicos y sociales. La generación de energía por sistemas alternativos no contaminantes (e.g. celdas solares, turbinas eólicas) permitirá reducir la demanda de combustibles derivados del petróleo, preservar el medio ambiente y mejorar la calidad de vida. Sin embargo, por sus características de funcionamiento intermitente, estos sistemas deben complementarse con dispositivos que permitan acumular y distribuir la energía generada. Estos dispositivos deben ser eficientes, seguros, baratos y amigables con el ambiente. En este sentido, las baterías de ion-litio y sistemas afines concentran la mayoría de los esfuerzos de investigación actuales. La difusión del litio en los electrodos determina la velocidad de carga y descarga de las baterías. Sin embargo, esta propiedad es difícil de medir experimentalmente e inaccesible mediante simulaciones convencionales.1 Recientemente, Kühne et al. determinaron experimentalmente la difusión de Li através de dos láminas de grafeno.2 En este experimento se obtuvo un valor para el coeficiente de dfusión de 7 × 10−5cm2/s, esto es, por encima del coeficiente de difusión de NaCl en agua. Esta llamativa difusión ultra-rápida fue determinada midiendo el efecto Hall a lo largo de las capas de grafeno, manteniendo la reacción redox para la intercalación del Li sólo en sus extremos. Este nuevo resultado introduce el gran interrogante sobre cual puede ser el mecanismo por el cual la difusión ultra-rápida tiene lugar. En esta presentación utilizamos un modelo simplificado del sistema (similar al modelo de Kronig-Penney)3 para evaluar la contribución del efecto túnel a la difusión del litio en grafito. Nuestra hipótesis es que esta contribución podría explicar el alto coeficiente de difusión observado experimentalmente. Calculamos el flujo de partículas a temperatura ambiente usando barreras de activación y conjuntos de parámetros que describen el sistema litio grafito. Analizamos la probabilidad de transferencia cuántica y la comparamos con el caso puramente clásico. Encontramos que el efecto túnel en las barreras de activación del sistema podría tener una influencia significativa, incluso contribuyendo con más de un 15% del valor del coeficiente de difusión. Además observamos que la periodicidad del grafito puede generar bandas de conducción de litio por efecto túnel resonante.Referencias 1. Persson et al. J. Phys. Chem. Lett. 1 (2010) 1176. 2. Kühne et al. Nat. Nanotech., 12 (2017) 895. 3. Olsen et al. Am. J. Phys. 78 (2010) 9.