Las baterías de iones de litio convencionales, como las ampliamente utilizadas en teléfonos inteligentes y portátiles, han alcanzado límites de rendimiento. El químico de materiales Freddy Kleitz de la Facultad de Química de la Universidad de Viena y científicos internacionales han desarrollado un nuevo material anódico nanoestructurado para baterías de iones de litio, que amplía la capacidad y la vida útil de las baterías. Basado en un óxido de metal mixto mesoporoso en combinación con grafeno, el material podría proporcionar un nuevo enfoque sobre cómo hacer un mejor uso de las baterías en dispositivos grandes como vehículos eléctricos o híbridos.ahora se ha publicado como historia de portada de la edición actual de Materiales de energía avanzada .
Alta densidad de energía, ciclo de vida extendido y sin efecto memoria: las baterías de iones de litio son los dispositivos de almacenamiento de energía más extendidos para dispositivos móviles, así como portadores de esperanza para la movilidad eléctrica. Los investigadores están buscando nuevos tipos de material de electrodo activo paraempuje las baterías al siguiente nivel de alto rendimiento y durabilidad, y para que sean mejor utilizables para dispositivos grandes. "Los materiales nanoestructurados de baterías de iones de litio podrían proporcionar una buena solución", dice Freddy Kleitz, del Departamento de Química Inorgánica - Materiales Funcionales dela Universidad de Viena, quien junto con Claudio Gerbaldi, líder del Grupo de Materiales Aplicados y Electroquímica en el Politecnico di Torino, Italia, es el autor principal del estudio.
El nanocompuesto 2D / 3D basado en una mezcla de óxido de metal y grafeno, desarrollado por los dos científicos y sus equipos, mejora seriamente el rendimiento electroquímico de las baterías de iones de litio ". En nuestras pruebas, el nuevo material del electrodo proporcionó una capacidad específica significativamente mejoradacon una estabilidad de ciclo reversible sin precedentes en más de 3.000 ciclos de carga y descarga reversibles incluso en regímenes de corriente muy altos de hasta 1.280 miliamperios ", dice el jefe de departamento Freddy Kleitz. Las baterías de iones de litio de hoy pierden su rendimiento después de aproximadamente 1,000 ciclos de carga.
Nueva receta
Los ánodos convencionales a menudo existen de material de carbono como el grafito. "Los óxidos metálicos tienen una mejor capacidad de batería que el grafito, pero son bastante inestables y menos conductores", explica Kleitz. Los investigadores encontraron una manera de aprovechar al máximo las características positivasde ambos compuestos. Desarrollaron una nueva familia de materiales activos de electrodo, basados en un óxido metálico mixto y el grafeno altamente conductivo y estabilizador, que muestran características superiores en comparación con la mayoría de las nanoestructuras y compuestos de óxido de metal de transición.
Como primer paso, basado en un procedimiento de cocción recientemente diseñado, los investigadores pudieron mezclar cobre y níquel de manera homogénea y controlada para lograr el metal mezclado. Basado en nanocasting, un método para producir materiales mesoporosos, crearonpartículas estructuradas de óxido de metal mixto nanoporoso, que debido a su extensa red de poros tienen un área de reacción activa muy alta para el intercambio con iones de litio del electrolito de la batería. Luego, los científicos aplicaron un procedimiento de secado por pulverización para envolver las partículas de óxido de metal mixto firmemente concapas delgadas de grafeno.
Diseño simple y eficiente
El uso de baterías de iones de litio para la movilidad eléctrica se considera problemático desde un punto de vista ambiental, por ejemplo, debido a su producción intensiva de materia prima. Las baterías pequeñas que pueden almacenar la mayor cantidad de energía posible, duran el mayor tiempo posible y sonno demasiado costoso de fabricar podría avanzar en su uso en dispositivos a gran escala ". Comparado con los enfoques existentes, nuestra innovadora estrategia de ingeniería para el nuevo material de ánodo de alto rendimiento y larga duración es simple y eficiente. Es a base de aguaproceso y, por lo tanto, amigable con el medio ambiente y listo para ser aplicado a nivel industrial ", concluyen los autores del estudio.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Viena . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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