Los investigadores han desarrollado una nueva forma de mejorar la eficiencia de la batería de iones de litio. Mediante el crecimiento de una capa de cristal cúbico, los científicos han creado una capa de conexión delgada y densa entre los electrodos de la batería.
El profesor Nobuyuki Zettsu del Centro de Energía y Ciencias Ambientales del Departamento de Química de Materiales de la Universidad de Shinshu en Japón y el director del centro, el Profesor Katsuya Teshima, dirigió la investigación.
Los autores publicaron sus resultados en línea en enero de este año en Informes científicos .
"Debido a algunas características intrínsecas de los electrolitos líquidos, como el bajo número de transporte de litio, la reacción compleja en la interfaz sólido / líquido y la inestabilidad térmica, no ha sido posible alcanzar simultáneamente alta energía y potencia en ninguno de los electroquímicos actualesdispositivos ", dijo Nobuyuki Zettsu, como primer autor del artículo.
Las baterías de iones de litio son recargables y alimentan dispositivos como teléfonos celulares, computadoras portátiles, herramientas eléctricas e incluso almacenan energía para la red eléctrica. Son particularmente sensibles a los flujos de temperatura y se sabe que causan incendios o incluso explosiones.En respuesta a los problemas con los electrolitos líquidos, los científicos están trabajando para desarrollar una mejor batería de estado sólido sin líquido.
"A pesar de las ventajas esperadas de las baterías de estado sólido, sus características de potencia y sus densidades de energía deben mejorarse para permitir su aplicación en tecnologías como los vehículos eléctricos de largo alcance", dijo Zettsu. "Las capacidades de baja velocidad y baja energíalas densidades de las baterías de estado totalmente sólido se deben en parte a la falta de tecnologías adecuadas de formación de interfaces heterogéneas sólido-sólido que exhiban una alta conductividad icónica comparable a los sistemas de electrolitos líquidos "
Zettsu y su equipo cultivaron cristales de electrolitos sólidos de óxido de tipo granate en LiOH fundido utilizado como disolvente fundente en un sustrato que unía el electrodo a un estado sólido a medida que crecían. Un compuesto de cristal específico que se sabe que crece cúbicamente permitió a los investigadorespara controlar el espesor y el área de conexión dentro de la capa, que actúa como un separador de cerámica.
"Las observaciones de microscopía electrónica revelaron que la superficie está densamente cubierta con cristales poliédricos bien definidos. Cada cristal está conectado a los vecinos", escribió Zettsu.
Zettsu también dijo que la capa de cristal recién crecida podría ser el separador de cerámica ideal al apilar la capa de electrolitos en la capa de electrodos.
"Creemos que nuestro enfoque de robustez frente a las reacciones secundarias en la interfaz podría conducir a la producción de separadores cerámicos ideales con una interfaz delgada y densa", escribió Zettsu, señalando que las cerámicas utilizadas en este experimento en particular eran demasiado gruesas parase puede usar en baterías sólidas. "Sin embargo, siempre que la capa de electrodos se pueda hacer tan delgada como 100 micras, la capa de apilamiento funcionará como una batería sólida".
Cien micras son aproximadamente del ancho de un cabello humano, y un poco menos del doble del grosor de una capa de electrodo estándar en las baterías de iones de litio contemporáneas.
"Las baterías de estado sólido son candidatos prometedores para dispositivos de almacenamiento de energía", dijo Zettsu, y señaló que varias colaboraciones entre investigadores y compañías privadas ya están en marcha con el objetivo final de mostrar muestras de baterías de estado sólido en los Juegos Olímpicos 2020juegos en Tokio.
Zettsu y otros investigadores planean fabricar células prototipo para el uso de vehículos eléctricos y dispositivos portátiles para 2022.
Otros colaboradores en este proyecto incluyen investigadores del Instituto de Investigación de Materiales de la Universidad de Tohoku, el Instituto de Investigación Fronteriza de Ciencia de Materiales del Instituto de Tecnología de Nagoya y el Instituto Nacional de Ciencia de Materiales.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Universidad de Shinshu . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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