El término nanodot puede hacer referencia a varias tecnologías que utilizan estructuras localizadas a escala nanométrica. Los nanodots generalmente aprovechan las propiedades de los puntos cuánticos para localizar campos magnéticos o eléctricos a escalas muy pequeñas. Las aplicaciones de los nanodots podrían incluir el almacenamiento de información de alta densidad , el almacenamiento de energía y los dispositivos emisores de luz .
Se están desarrollando nanopuntos magnéticos para el almacenamiento de información en el futuro. [1] La tecnología de nanopuntos podría almacenar potencialmente cien veces más datos que los discos duros actuales. Los nanopuntos pueden considerarse como pequeños imanes que pueden cambiar la polaridad para representar un dígito binario . Los discos duros suelen magnetizar áreas de 200 a 250 nm de longitud para almacenar bits individuales (a fecha de 2006), mientras que los nanopuntos pueden tener un diámetro de 50 nm o menos. [1] Por lo tanto, el almacenamiento basado en nanopuntos podría ofrecer una densidad de información considerablemente mayor que los discos duros actuales. Los nanopuntos también podrían dar lugar a una memoria ultrarrápida. [2]
En 2014 se propuso el uso de nanopuntos de péptidos bioorgánicos autoensamblados y sintetizados químicamente para reducir los tiempos de carga de las baterías. Se afirma que mejoran la densidad energética y el rendimiento del electrolito . Se dice que la nueva batería funciona como un supercondensador (de carga rápida) para cargar y como una batería (de descarga lenta) para proporcionar energía. [3]
Las aplicaciones con tecnología nanodot se han probado en baterías de iones de litio . Se ha demostrado que la arquitectura de electrodos macromesoporosos tridimensionales (3D) sin aglutinante produce una batería de litio de alto rendimiento similar a un supercondensador. Es aproximadamente diez veces más eficiente en comparación con el modelo actual de ánodo de grafito de última generación . Esta arquitectura de electrodos permite simultáneamente una transferencia rápida de iones y una difusión de iones en fase sólida ultracorta, lo que da como resultado una nueva técnica de electrodos sin aglutinante eficiente para el desarrollo de baterías de iones de litio de alto rendimiento similares a supercondensadores. [4]
La incorporación de la tecnología nanodot en las baterías de litio-azufre es crucial porque las baterías recargables de litio-azufre son un dispositivo de almacenamiento de energía importante debido a su respeto por el medio ambiente y su alta densidad energética teórica. Sin embargo, el efecto lanzadera de los polisulfuros solubles , así como la lenta cinética redox, limitan el desarrollo de las baterías de Li-S. Los estudios han demostrado que la coexistencia de microporos, mesoporos y macroporos en el carbono poroso jerárquico es beneficiosa para acomodar/inmovilizar físicamente el azufre de los materiales activos y la transferencia rápida de carga/iones, superior a los electrodos basados en biocarbón más reportados , creando una vía para el diseño de un anfitrión de azufre multifuncional para baterías de Li-S avanzadas en el futuro. [5]
El efecto lanzadera en las baterías de litio-azufre (Li–S) se origina principalmente a partir de la difusión de polisulfuros solubles (LiPS) y su cinética redox deprimida y es responsable de la fuga progresiva de material activo dentro de la propia batería. Los investigadores han desarrollado una capa compuesta por nanopuntos de carbono/Sn4P3 porosos de cáscara de bellota como electrocatalizador que sirve como interfaz conductora pero que también proporciona una barrera de doble adsorción para retener el material activo e inhibir la migración de los LiPS. [6]
Las baterías de iones de sodio son muy similares a las de iones de litio en el sentido de que ambas son cationes. Sin embargo, en estas celdas, la escasa estabilidad de los ciclos debido al apilamiento es uno de sus principales desafíos, pero los estudios han demostrado que los nanopuntos de azufre se emplean como un agente antibloqueo eficaz de las láminas de MoS2 . Esta disposición de estas láminas de azufre exhibe una mayor densidad de corriente con una excelente estabilidad de los ciclos, sobreviviendo a 300 ciclos completos de carga/descarga con una retención del 83,8 %. [7]
Las baterías de iones de sodio también ofrecen una opción atractiva para el almacenamiento de energía a gran escala y a bajo costo debido a la abundancia de sodio natural en la Tierra. El fósforo rojo se considera un ánodo de alta capacidad para las baterías de iones de sodio. Al igual que el silicio en las baterías de iones de litio, varias limitaciones, como la gran expansión de volumen tras la sodiación/desodiación y la baja conductancia electrónica, inhiben el rendimiento de los ánodos de fósforo rojo. Los científicos han depositado nanopuntos de manera densa y uniforme sobre láminas de óxido de grafeno reducido para minimizar la longitud de difusión de iones de sodio y las tensiones de sodiación/desodiación y crear espacio libre para acomodar la variación de volumen de las partículas de fósforo. Esto da como resultado una mejora significativa del rendimiento de los ánodos de fósforo rojo para la química de iones de sodio y fuentes de energía flexibles para la electrónica portátil y la tecnología de teléfonos inteligentes. [8]
Los investigadores han demostrado que los materiales a base de antimonio con alta capacidad teórica se han considerado como un material de ánodo prometedor para baterías de iones de potasio (PIB). Desafortunadamente, la gran expansión de volumen conduce a una rápida pérdida de capacidad y una capacidad de velocidad deficiente. Los nanopuntos ultrafinos pueden acortar la distancia de difusión del ion con el proceso cinético mejorado en la celda de la batería. Cuando se aplican como ánodo para baterías de iones de potasio, todos muestran propiedades satisfactorias de almacenamiento de potasio en términos de alta capacidad reversible y capacidad de velocidad superior, especialmente los excelentes rendimientos electroquímicos. [9]