Es posible crear una batería de iones de litio que pueda cargarse en cuestión de minutos, pero que todavía funcione a gran capacidad, según una investigación del Instituto Politécnico Rensselaer que acaba de publicarse Comunicaciones de la naturaleza . Este desarrollo tiene el potencial de mejorar el rendimiento de la batería para la electrónica de consumo, el almacenamiento de la red solar y los vehículos eléctricos.
Una batería de iones de litio se carga y descarga a medida que los iones de litio se mueven entre dos electrodos, llamados ánodo y cátodo. En una batería de iones de litio tradicional, el ánodo está hecho de grafito, mientras que el cátodo está compuesto de óxido de litio y cobalto.
Estos materiales funcionan bien juntos, por eso las baterías de iones de litio se han vuelto cada vez más populares, pero los investigadores de Rensselaer creen que la función se puede mejorar aún más.
"La manera de mejorar las baterías es mejorar los materiales utilizados para los electrodos", dijo Nikhil Koratkar, profesor de ingeniería mecánica, aeroespacial y nuclear en Rensselaer, y autor correspondiente del artículo ". Lo que estamos tratando de haceres hacer que la tecnología de iones de litio sea aún mejor en rendimiento "
La extensa investigación de Koratkar sobre nanotecnología y almacenamiento de energía lo ha colocado entre los investigadores más citados del mundo. En este trabajo más reciente, Koratkar y su equipo mejoraron el rendimiento al sustituir el óxido de cobalto con disulfuro de vanadio VS2.
"Le da una mayor densidad de energía, porque es ligero. Y le brinda una capacidad de carga más rápida, porque es altamente conductivo. Desde esos puntos de vista, nos atrajo este material", dijo Koratkar, quien también es profesor deDepartamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales.
La emoción que rodea el potencial de VS2 ha estado creciendo en los últimos años, pero hasta ahora, dijo Koratkar, los investigadores habían sido desafiados por su inestabilidad, una característica que conduciría a una vida útil de la batería corta. Los investigadores de Rensselaer no solo establecieron por qué esa inestabilidadestaba sucediendo, pero también desarrolló una forma de combatirlo.
El equipo, que también incluía a Vincent Meunier, jefe del Departamento de Física, Física Aplicada y Astronomía, y otros, determinó que la inserción de litio causaba una asimetría en el espacio entre los átomos de vanadio, conocida como distorsión de Peierls, responsable dela ruptura de las escamas VS2. Descubrieron que cubrir las escamas con una capa de disulfuro de titanio TiS2 de nanocapas, un material que no distorsiona Peierls, estabilizaría las escamas VS2 y mejoraría su rendimiento dentro de la batería.
"Esto era nuevo. La gente no se había dado cuenta de que esta era la causa subyacente", dijo Koratkar. "El recubrimiento de TiS2 actúa como una capa de amortiguación. Mantiene el material VS2 unido, proporcionando soporte mecánico".
Una vez que se resolvió ese problema, el equipo descubrió que los electrodos VS2-TiS2 podían funcionar a una capacidad específica alta, o almacenar una gran cantidad de carga por unidad de masa. Koratkar dijo que el pequeño tamaño y peso de vanadio y azufre les permitía entregar unalta capacidad y densidad de energía. Su pequeño tamaño también contribuiría a una batería compacta.
Cuando la carga se realizó más rápidamente, dijo Koratkar, la capacidad no bajó tan significativamente como a menudo con otros electrodos. Los electrodos pudieron mantener una capacidad razonable porque, a diferencia del óxido de cobalto, el material VS2-TiS2 es eléctricamenteconductivo.
Koratkar ve múltiples aplicaciones para este descubrimiento en la mejora de las baterías de automóviles, la energía para dispositivos electrónicos portátiles y el almacenamiento de energía solar donde la alta capacidad es importante, pero una mayor velocidad de carga también sería atractiva.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Instituto Politécnico Rensselaer . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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