Los científicos de materiales de la Universidad de Rice han introducido un electrolito y un separador combinados para baterías recargables de iones de litio que suministra energía a voltajes utilizables y a altas temperaturas.
Una parte esencial del compuesto no inflamable similar a la pasta de dientes es el nitruro de boro hexagonal h-BN, el compuesto delgado como el átomo, a menudo llamado "grafeno blanco".
El equipo de Rice dirigido por el científico de materiales Pulickel Ajayan dijo que las baterías fabricadas con el compuesto funcionaron perfectamente a temperaturas de 150 grados Celsius 302 grados Fahrenheit durante más de un mes con una pérdida insignificante de eficiencia. Las baterías de prueba funcionaron constantemente desde la temperatura ambiente hasta 150ºC.C, estableciendo uno de los rangos de temperatura más amplios jamás reportados para tales dispositivos, dijeron los investigadores.
"Probamos nuestro compuesto contra electrodos de referencia y descubrimos que las baterías eran estables durante más de 600 ciclos de carga y descarga a altas temperaturas", dijo el autor principal Marco-Túlio Rodrigues, un estudiante graduado de Rice.
Los resultados se informaron en Materiales de energía avanzada .
El año pasado, los miembros de un equipo de la Universidad Estatal de Rice y Wayne introdujeron un electrolito hecho principalmente de arcilla de bentonita común que operaba a 120 C. Este año, el equipo validó su presentimiento de que h-BN serviría aún mejor para el propósito
Rodrigues dijo que las baterías con el nuevo electrolito están más orientadas a aplicaciones industriales y aeroespaciales que a los teléfonos celulares. En particular, las compañías de petróleo y gas requieren baterías robustas para alimentar los sensores en las cabezas de los pozos ". Colocan muchos sensores alrededor de las brocas, que experimentan un extremotemperaturas ", dijo." Es un verdadero desafío alimentar estos dispositivos cuando están a miles de pies de profundidad ".
"En la actualidad, las baterías no recargables se usan mucho para la mayoría de estas aplicaciones, lo que plantea limitaciones prácticas para cambiar las baterías en cada descarga y también para eliminar sus materias primas", dijo la ex alumna de Rice y coautora Leela Mohana Reddy Arava, ahoraprofesor asistente de ingeniería mecánica en Wayne State.
El nitruro de boro hexagonal no es un conductor y no se sabe que sea un conductor iónico, dijo Rodrigues. "Así que no esperábamos que fuera una ayuda obvia para el rendimiento de la batería. Pero pensamos que un material es resistente química y mecánicamente, incluso a temperaturas muy altas, podría dar algo de estabilidad a la capa de electrolitos ".
Dijo que el nitruro de boro es un componente común en la cerámica para aplicaciones de alta temperatura. "Es bastante inerte, por lo que no debería reaccionar con ningún producto químico, no se expandirá o contraerá mucho y la temperatura no es un problema. Eso lo hizo perfecto "
El material elimina la necesidad de separadores convencionales de plástico o polímero, membranas que mantienen separados los electrodos de la batería para evitar cortocircuitos. "Tienden a encogerse o derretirse a altas temperaturas", dijo el investigador postdoctoral de Rice y coautor Hemtej Gullapalli.
Las pruebas fueron mejores de lo que los investigadores anticiparon. Aunque inerte, la mezcla de h-BN, líquido iónico a base de piperidinio y una sal de litio pareció catalizar una mejor reacción de todos los químicos que lo rodean.
"Tomó casi dos años confirmar que, aunque no se espera que el nitruro de boro, que es una formulación muy simple, tenga ninguna reacción química, está contribuyendo positivamente a la forma en que funciona la batería", dijo Gullapalli ".En realidad, hace que el electrolito sea más estable en situaciones en las que se combinan altas temperaturas y altos voltajes ".
Notó que todos los componentes del electrolito no son inflamables. "Es completamente seguro. Si hay una falla, no se incendiará", dijo.
"Nuestro grupo ha estado interesado en diseñar dispositivos de almacenamiento de energía con factores de forma expansibles y condiciones de trabajo", dijo Ajayan. "Hemos diseñado previamente conceptos de papel y baterías pintables que cambian la forma fundamental en que se puede imaginar la entrega de energía. De manera similar,los límites de los rangos de temperatura de trabajo son muy interesantes. No existe un producto de batería comercial que funcione por encima de los 80 C. Nuestro interés es romper esta barrera y crear baterías estables al doble de este límite de temperatura o más ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Rice . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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