Los investigadores de baterías que buscan materiales de electrodos mejorados se han centrado en estructuras "tunelizadas" que facilitan que los iones portadores de carga entren y salgan del electrodo. Ahora un equipo dirigido por un investigador de la Universidad de Illinois en Chicago ha utilizado unmicroscopio electrónico especial con resolución a nivel atómico para mostrar que ciertos iones grandes pueden mantener abiertos los túneles para que los iones portadores de carga puedan entrar y salir del electrodo de manera fácil y rápida.
El hallazgo se informa en Comunicaciones de la naturaleza .
"Se han realizado importantes investigaciones para aumentar la densidad de energía y la densidad de energía de los sistemas de baterías de iones de litio", dice Reza Shahbazian-Yassar, profesor asociado de ingeniería mecánica e industrial de la UIC.
La generación actual, dijo, es lo suficientemente útil para dispositivos portátiles, pero la energía y potencia máximas que se pueden extraer son limitantes.
"Entonces, para un automóvil eléctrico, necesitamos aumentar la energía y la potencia de la batería, y también disminuir el costo", dijo.
Su equipo, que incluye compañeros de trabajo en el Laboratorio Nacional de Argonne, el Instituto Tecnológico de Michigan y la Universidad de Bath en el Reino Unido, se ha centrado en desarrollar un cátodo basado en dióxido de manganeso, un material muy económico y ecológico con alta capacidad de almacenamiento.
El dióxido de manganeso tiene una estructura reticular con túneles regularmente espaciados que permiten que los portadores de carga, como los iones de litio, entren y salgan libremente.
"Pero para que los túneles sobrevivan para una función duradera, necesitan estructuras de soporte a escala atómica", dijo Shahbazian-Yassar. "Los llamamos estabilizadores de túnel, y generalmente son grandes iones positivos, como el potasio o el bario"
Pero los estabilizadores de túnel, al estar cargados positivamente como los iones de litio, deberían repelerse entre sí.
"Si entra litio, ¿saldrá el estabilizador del túnel?" Shahbazian-Yassar se encogió de hombros. "La comunidad investigadora no estaba de acuerdo sobre el papel de los estabilizadores del túnel durante la transferencia de litio a los túneles. ¿Ayuda o duele?"
El nuevo estudio representa el primer uso de la microscopía electrónica para visualizar la estructura atómica de los túneles en un material de electrodo unidimensional, que según los investigadores no había sido posible debido a la dificultad de preparar muestras. Les llevó dos añosestablecer el procedimiento para buscar túneles en nanocables dopados con potasio de dióxido de manganeso hasta el nivel de un solo átomo.
Yifei Yuan, un investigador postdoctoral que trabaja conjuntamente en el Laboratorio Nacional de Argonne y la UIC y el autor principal del estudio, fue capaz de utilizar una poderosa técnica llamada microscopía electrónica de transmisión de exploración con corrección de aberración para obtener imágenes de los túneles con una resolución sub-ångstrom, por lo quepodía ver claramente dentro de ellos, y vio que cambiaban en presencia de un ion estabilizador.
"Es una forma directa de ver los túneles", dijo Yuan. "Y vimos que cuando agrega un estabilizador de túnel, los túneles se expanden, sus estructuras electrónicas también cambian, y tales cambios permiten que los iones de litio entren y salgan"., alrededor del estabilizador "
El hallazgo muestra que los estabilizadores de túnel pueden ayudar en la transferencia de iones en túneles y la velocidad de carga y descarga, dijo Shahbazian-Yassar. La presencia de iones de potasio en los túneles mejora la conductividad electrónica del dióxido de manganeso y la capacidad de litioiones para difundir rápidamente dentro y fuera de los nanocables.
"Con los iones de potasio en el centro de los túneles, la retención de capacidad mejora a la mitad bajo una corriente de ciclo alta, lo que significa que la batería puede mantener su capacidad durante más tiempo", dijo.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Illinois en Chicago . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :