Electroquímica de baterías de iones de litio

El efecto cuántico del tamaño describe el fenómeno por el cual las propiedades electrónicas y ópticas de un material cambian a medida que su tamaño se aproxima a la nanoescala. Cuando las dimensiones de un material son comparables a la longitud de onda de Broglie del electrón, se produce un confinamiento cuántico. Esto cuantiza los niveles de energía del electrón, dando lugar a una brecha de banda que depende del tamaño, [latex]E_g(R) \approx E_{g,\b\u\lk} + \frac{\hbar^2\pi^2}{2R^2}(\frac{1}{m_e^*} + \frac{1}{m_h^*})[/latex].

La presión de vapor de equilibrio del agua sobre una superficie líquida en aire húmedo ([latex]p^*_{H_2O,a}[/latex]) es ligeramente superior a la presión de vapor de equilibrio sobre una superficie de agua pura ([latex]p^*_{H_2O}[/latex]). Esta diferencia se cuantifica mediante el factor de aumento del vapor de agua, [latex]f_w[/latex], que depende de la temperatura y de la presión del aire húmedo. La relación es [latex]p^*_{H_2O,a} = f_w(T, p_{ms}) \cdot p^*_{H_2O}[/latex].

Los imanes de tierras raras son potentes imanes permanentes fabricados a partir de aleaciones de elementos de tierras raras. Desarrollados en las décadas de 1970 y 1980, los tipos más comunes son los imanes de neodimio (NdFeB) y los imanes de samario-cobalto (SmCo). Son el tipo de imán permanente más potente que se fabrica, produciendo campos magnéticos significativamente más intensos que los imanes de ferrita o alnico, lo que permite la miniaturización y un mejor rendimiento en muchas tecnologías. Nota: El término "elemento de tierras raras" es un nombre histórico inapropiado. Estos elementos no son excepcionalmente raros en la corteza terrestre. El cerio, el más abundante, es el 25.º elemento más abundante, similar al cobre. Incluso el lutecio, el elemento de tierras raras estable menos abundante, es casi 200 veces más común que el oro. La etiqueta "raro" surgió porque eran difíciles de separar.

El índice de blancura CIE es una fórmula estandarizada por la Comisión Internacional de Iluminación para cuantificar la percepción de la blancura. Se calcula a partir de los valores triestímulos CIE (X, Y, Z) y las coordenadas cromáticas (x, y) de la muestra y una fuente luminosa de referencia. La fórmula principal es [latex]W_{CIE} = Y + 800(x_n - x) + 1700(y_n - y)[/latex].

El autoensamblaje molecular es un proceso ascendente en el que las moléculas se organizan espontáneamente en estructuras ordenadas sin guía externa. Este fenómeno, impulsado por interacciones no covalentes como enlaces de hidrógeno, efectos hidrofóbicos y fuerzas de van der Waals, es fundamental en biología (p. ej., plegamiento de proteínas y formación de bicapas lipídicas). En biomateriales, se aprovecha para crear materiales nanoestructurados complejos, como hidrogeles y nanofibras, para aplicaciones biomédicas.

La norma ISO 5725 define la exactitud como la combinación de veracidad y precisión. La veracidad es la proximidad de la media de una gran serie de mediciones al valor de referencia aceptado, cuantificando el error sistemático o sesgo. La precisión es la concordancia entre un conjunto de resultados, que cuantifica el error aleatorio. Así pues, la exactitud requiere tanto una veracidad como una precisión elevadas.

Las baterías de iones de litio funcionan mediante un mecanismo de intercalación, una inserción reversible de iones en un material huésped estratificado. Durante la descarga, los iones de litio ([latex]Li^+[/latex]) se desintercalan de un electrodo negativo (ánodo), normalmente grafito, y se desplazan a través de un electrolito no acuoso para intercalarse en un electrodo positivo (cátodo), normalmente un óxido metálico. Los electrones viajan por el circuito externo, creando corriente.

La profundidad de descarga (DoD) indica el porcentaje de la capacidad de una batería que se ha descargado. Es el inverso del estado de carga (SoC), donde el 100 % de DoD significa que la batería está descargada. La vida útil de una batería depende en gran medida de su DoD promedio; ciclos de DoD más bajos (por ejemplo, una descarga de solo el 80 % de su capacidad) aumentan significativamente la cantidad de ciclos que una batería puede soportar.

Las leyes de escala de los MEMS describen cómo cambian las fuerzas y propiedades físicas a medida que las dimensiones de los dispositivos se reducen hasta la microescala. A diferencia del mundo macroscópico, dominado por la gravedad y la inercia, los microdominios se rigen por fuerzas superficiales como la tensión superficial, la viscosidad y las fuerzas electrostáticas. Por ejemplo, la fuerza debida a la gravedad escala con el volumen ([latex]L^3[/latex]), mientras que la fuerza electrostática escala con el área ([latex]L^2[/latex]), haciéndose relativamente más fuerte a tamaños más pequeños.

Los imanes de neodimio son el tipo de imán permanente más potente disponible comercialmente. Son una aleación ternaria de neodimio, hierro y boro, con la fórmula estequiométrica Nd₂Fe₁₃B. Su gran fuerza magnética se debe a la alta anisotropía magnética y magnetización de saturación del material, derivadas de su estructura cristalina tetragonal. Sin embargo, son frágiles, susceptibles a la corrosión y tienen una baja temperatura de Curie.

Un transistor de un solo electrón (SET) es un dispositivo de conmutación que utiliza tunelización controlada de electrones para manipular el flujo de electrones individuales. Consiste en un punto cuántico (la «isla») acoplado a los cables de fuente y drenador mediante uniones túnel, y acoplado capacitivamente a un electrodo de puerta. Su funcionamiento se basa en el efecto de bloqueo de Coulomb, lo que le proporciona una sensibilidad extrema y un bajo consumo de energía.

En 1986, Georg Bednorz y K. Alex Müller descubrieron la superconductividad en un material cerámico, una perovskita de cuprato basada en lantano, a una temperatura crítica de ~35 K. Esta temperatura fue significativamente mayor que el récord de ~23 K para los superconductores convencionales en ese momento y destruyó la creencia de que la superconductividad estaba restringida a temperaturas mucho más bajas, abriendo el campo de la superconductividad de alta temperatura.

Los nanotubos de carbono (CNT) son moléculas cilíndricas de láminas enrolladas de átomos de carbono monocapa (grafeno). Pueden ser de pared simple (SWCNT) o multipared (MWCNT). Sus propiedades son extraordinarias, incluyendo una excepcional resistencia a la tracción (~100 GPa), alta conductividad eléctrica y alta conductividad térmica. Su comportamiento electrónico (metálico o semiconductor) depende de su quiralidad, es decir, del ángulo de enrollamiento de la red de grafeno.

Metal-Organic Frameworks (MOFs) are crystalline porous materials constructed from metal-containing nodes (secondary building units, SBUs) and organic ligands, known as linkers. These components self-assemble into extended, one-, two-, or three-dimensional coordination polymers. The choice of metal and linker dictates the resulting framework's topology, pore size, and chemical functionality, enabling a high degree of tunability for specific applications.