El potencial de la montmorillonita en el ámbito de las energías renovables
La montmorillonita (MMT) es un mineral silicato laminar. En su estructura, los átomos de aluminio de alta valencia en los octaedros de aluminio-oxígeno pueden ser fácilmente sustituidos por átomos de menor valencia, lo que genera una carga negativa entre las láminas. Para mantener la estabilidad de la estructura interlaminar, la montmorillonita adsorbe cationes como Na+, Ca2+, Mg2+, Al3+ y K+ del entorno. Esta característica confiere a la montmorillonita una gran capacidad de adsorción y de intercambio iónico. Esta estructura única y su capacidad de intercambio otorgan a la montmorillonita un gran potencial para aplicaciones en el campo de las nuevas tecnologías energéticas.
Materiales para baterías de litio
(1) Para electrolitos de estado sólido
Numerosos estudios han demostrado que la montmorillonita (MMT), como nuevo agente de carga inorgánico, mejora significativamente la conductividad iónica y las propiedades mecánicas de los electrolitos poliméricos sólidos (SPE).
(2) Creación de capas artificiales de interfaz electrolítica (SEI)
En las películas de interfaz electrolítica artificial (SEI), la montmorillonita-litio (Li-MMT) confiere buenas propiedades mecánicas a la capa SEI y proporciona canales de transporte de Li+, lo que ayuda a suprimir el crecimiento de dendritas de litio. Gracias a los rápidos canales de Li+ en Li-MMT, una celda completa Li-LiFePO4 con una capa SEI de Li-MMT presenta un rendimiento superior y mantiene una alta capacidad (90,6%) después de 400 ciclos a 1C.
(3) Optimización del separador
La MMT se utiliza para optimizar los separadores debido a sus excelentes propiedades de adsorción. En comparación con los separadores PE comerciales, el separador modificado con Li-MMT tiene una mayor concentración de Li+ en la interfaz electrodo/electrolito, lo que reduce la deposición selectiva de litio, disminuye la densidad de corriente local y suprime el crecimiento de dendritas.
(4) Optimización de electrolitos líquidos
En los sistemas de baterías de litio metálico, la montmorillonita presenta una mayor afinidad por el litio metálico que los electrolitos PEO, con un potencial zeta de +26 mV, lo que favorece la concentración de iones de litio cerca de la superficie de la montmorillonita. Con la adsorción y separación de iones de litio, el sobrepotencial aumenta ligeramente a -57,7 mV, lo que facilita la migración de los iones de litio desde la montmorillonita y su deposición en la superficie del colector de corriente de cobre. (5) Materiales portadores
Supercapacitores
Materiales moldeadores
Algunos minerales naturales presentan morfologías específicas, como la atapulgita, la montmorillonita, la haloisita y la diatomea, que se utilizan comúnmente como moldes para sintetizar materiales de carbono porosos con morfologías específicas. Además, es posible sintetizar polímeros conductores con morfologías específicas mediante el método de templado mineral. (2) Materiales portadores de electrodos
Para obtener materiales activos con morfologías específicas, y a la vez mejorar la capacidad específica y la estabilidad cíclica, los materiales activos pueden depositarse sobre la superficie de minerales como la montmorillonita y la haloisita.
Materiales para almacenamiento de metano
Actualmente, los investigadores están explorando la tecnología de almacenamiento de gas natural por adsorción, una alternativa económica, práctica y segura a las tecnologías tradicionales de gas natural comprimido y licuado. Los estudios han demostrado que los minerales arcillosos desempeñan un papel importante en la formación y el desarrollo de yacimientos de gas de esquisto y poseen capacidad de almacenamiento de gas.
Materiales electrocatalíticos
La electrocatalisis es un tipo de catalisis que acelera las reacciones de transferencia de carga en la interfaz electrodo/electrolito, y se ha utilizado ampliamente en campos como la evolución electroquímica de hidrógeno, la evolución de oxígeno y la reducción de NOx. Los minerales arcillosos, como la montmorillonita, se han utilizado como portadores de componentes para reacciones electrocatalíticas, evitando la aglomeración de partículas, mejorando la estabilidad de las moléculas sensibilizadoras y aumentando la selectividad de la reacción.
Materiales para almacenamiento térmico por cambio de fase
Los materiales para almacenamiento térmico por cambio de fase (PCM) son un nuevo tipo de material funcional que aprovecha la absorción o liberación de calor durante el cambio de fase para el almacenamiento y liberación de energía térmica. Los minerales naturales desempeñan un papel importante en este campo. Por un lado, son excelentes materiales inorgánicos para el cambio de fase y, tras la adición de agentes nucleadores y espesantes, pueden transformarse en materiales de alto rendimiento. Por otro lado, su estructura porosa sirve como excelente soporte para estos materiales.