Un grupo de investigadores de la Universidad de Drexel ha creado un electrodo de material similar a una tela que podría ayudar a hacer que los dispositivos de almacenamiento de energía, baterías y supercondensadores, sean más rápidos y menos susceptibles a fugas o derrumbes desastrosos. Su diseño para un nuevo supercondensador, que parece algocomo una esponja peluda infundida con gelatina, ofrece una alternativa única a la solución de electrolito inflamable que es un componente común en estos dispositivos.
El fluido electrolítico dentro de las baterías y los supercondensadores puede ser corrosivo o tóxico y casi siempre es inflamable. Para mantenerse al día con nuestra tecnología móvil avanzada, los dispositivos de almacenamiento de energía han estado sujetos a una reducción del material en el proceso de diseño, lo que los ha dejado vulnerables acortocircuito, como en casos recientes con los dispositivos Galaxy Note de Samsung, que, cuando se combina con la presencia de un líquido electrolítico inflamable, puede crear una situación explosiva.
Entonces, en lugar de una solución de electrolito inflamable, el dispositivo diseñado por Vibha Kalra, PhD, profesor de la Facultad de Ingeniería de Drexel, y su equipo, utilizó un electrolito de gel rico en iones espeso absorbido en una estera independiente de nanofibras de carbono porosas para producirEl grupo, que incluía a la asistente doctoral de Kalra, Sila Simotwo, y a los investigadores del Templo, Stephanie L.Wunder, PhD, y Parameswara Chinnam, PhD, publicaron recientemente su nuevo diseño para un "supercondensador de estado sólido sin solventes" en elRevista de la American Chemical Society Materiales e interfaces aplicados .
"Hemos eliminado por completo el componente que puede incendiarse en estos dispositivos", dijo Kalra. "Y, al hacerlo, también hemos creado un electrodo que podría permitir que los dispositivos de almacenamiento de energía se vuelvan más ligeros y mejores".
Los supercondensadores son otro tipo de dispositivo de almacenamiento de energía. Son similares a las baterías, ya que retienen y liberan energía de forma electrostática, pero en nuestra tecnología dispositivos móviles, computadoras portátiles, autos eléctricos tienden a servir como respaldo de energíaporque pueden desembolsar su energía almacenada en un arranque rápido, a diferencia de las baterías que lo hacen durante un largo período de uso. Pero, al igual que las baterías, los supercondensadores usan una solución de electrolito inflamable, como resultado son vulnerables a fugas e incendios.
No solo el supercondensador del grupo no contiene solventes, lo que significa que no contiene líquido inflamable, sino que el diseño compacto también es más duradero y su capacidad de almacenamiento de energía y vida útil de carga y descarga son mejores que los dispositivos comparables que se utilizan actualmente.También puede funcionar a temperaturas de hasta 300 grados Celsius, lo que significa que haría que los dispositivos móviles sean mucho más duraderos y menos propensos a convertirse en un peligro de incendio debido al abuso.
"Para permitir la carga y el grosor del electrodo industrialmente relevante, hemos desarrollado un electrodo similar a una tela compuesto de nanofibras que proporciona una estructura tridimensional de poros abiertos bien definida para una fácil infusión del precursor de electrolito sólido", dijo Kalra.El electrodo de poro abierto también está libre de agentes aglutinantes que actúan como aislantes y disminuyen el rendimiento ".
La clave para producir este dispositivo duradero es un marco de electrodo similar a la fibra que el equipo creó mediante un proceso llamado electrohilado. El proceso deposita una solución de polímero precursor de carbono en forma de una estera fibrosa extrudiéndola a través de un campo eléctrico giratorio.- un proceso que, a nivel microscópico, se parece a hacer un algodón de azúcar.
El ionogel se absorbe en la estera de fibra de carbono para crear una red completa de electrodos y electrolitos. Sus excelentes características de rendimiento también están vinculadas a esta forma única de combinar soluciones de electrodos y electrolitos. Esto se debe a que están haciendo contacto sobre una superficie más grandezona.
Si piensa en un dispositivo de almacenamiento de energía como un tazón de copos de maíz, entonces el lugar donde se almacena la energía es más o menos donde los copos se juntan con la leche; los científicos lo llaman la "doble capa eléctrica". Es donde está el electrodo conductor quealmacena la electricidad y se encuentra con la solución electrolítica que transporta la carga eléctrica. Idealmente, en su tazón de cereal, la leche se abriría paso a través de todos los copos para obtener el recubrimiento adecuado en cada uno, no demasiado crujiente ni demasiado empapado. Pero a vecesel cereal se apila y la leche, o la solución electrolítica, en el caso de nuestra comparación, no llega hasta el final, por lo que las hojuelas en la parte superior están secas, mientras que las hojuelas en la parte inferior están saturadas.Este no es un buen tazón de cereal, y su equivalente electroquímico, un atasco de tráfico de electrones en ruta a los sitios de activación en el electrodo, no es ideal para el almacenamiento de energía.
El supercondensador de estado sólido de Kalra es como poner trigo triturado en el tazón, en lugar de copos de maíz. La arquitectura abierta permite que la leche penetre y cubra el cereal, al igual que el ionogel impregna la estera de fibra de carbono en el supercondensador de estado sólido de Kalra. La esteraproporciona una mayor área de superficie para que los iones del ionogel accedan al electrodo, lo que aumenta la capacidad y mejora el rendimiento del dispositivo de almacenamiento de energía. También elimina la necesidad de muchos de los materiales de andamiaje que son partes esenciales de la formación del electrodo físico,pero no juegue un papel en el proceso de almacenamiento de energía y contribuya un poco al peso total del dispositivo.
"Los electrodos de última generación están compuestos de polvos finos que deben mezclarse con agentes aglutinantes y convertirse en una suspensión, que luego se aplica en el dispositivo. Estos aglutinantes agregan peso muerto al dispositivo, ya que no son materiales conductores, y en realidad obstaculizan su rendimiento ", dijo Kalra." Nuestros electrodos son independientes, lo que elimina la necesidad de aglutinantes, cuyo procesamiento puede representar hasta un 20 por ciento del costo de fabricación de un electrodo ".
El siguiente paso para el grupo de Kalra será aplicar esta técnica a la producción de baterías de estado sólido, así como explorar su aplicación para telas inteligentes.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Drexel . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :