Los científicos de la Universidad de Rice han dado el siguiente paso hacia el despliegue de potentes y recargables baterías de litio metal al hacerlas más seguras y fáciles de fabricar.
El laboratorio de Rice del químico James Tour hizo células de prueba con una capa de fósforo rojo en el separador que mantiene separados los electrodos del ánodo y el cátodo. El fósforo actúa como espía para los sistemas de gestión utilizados para cargar y monitorear las baterías al detectar la formación deDendritas, protuberancias de litio que pueden hacer que fallen.
Los ánodos de metal de litio se cargan mucho más rápido y retienen aproximadamente 10 veces más energía por volumen que los ánodos comunes de iones de litio utilizados en casi todos los dispositivos electrónicos en el mercado, incluidos los teléfonos celulares y los autos eléctricos. Los ánodos son uno de los dos electrodos necesarios para el funcionamiento con batería.
Pero cargar ánodos con infusión de litio forma dendritas que, si alcanzan el cátodo, causan un cortocircuito y posiblemente un incendio o explosión. Cuando una dendrita alcanza un separador recubierto de fósforo rojo, el voltaje de carga de la batería cambia. Eso le dice a la bateríasistema de gestión para detener la carga.
A diferencia de otros detectores de dendritas propuestos, la estrategia de Rice no requiere un tercer electrodo.
"Fabricar baterías con un tercer electrodo es muy difícil", dijo Tour. "Proponemos una capa estática que da un pico en el voltaje mientras la batería se está cargando. Ese pico es una señal para apagarlo".
La investigación aparece en Materiales avanzados .
La capa de fósforo rojo no tuvo un efecto significativo en el rendimiento normal en experimentos con baterías de prueba por el laboratorio Tour.
Los investigadores construyeron una celda de prueba transparente con un electrolito el material líquido o similar al gel entre los electrodos y alrededor del separador que permite que la batería genere una corriente que se sabe que acelera el envejecimiento del cátodo y estimula el crecimiento de la dendrita.ellos monitorean el voltaje mientras observaban crecer las dendritas.
Con un separador ordinario, vieron que las dendritas contactan y penetran en el separador sin cambiar el voltaje, una situación que llevaría a una batería normal a fallar. Pero con la capa de fósforo rojo, observaron una fuerte caída de voltaje cuando las dendritasen contacto con el separador
"Tan pronto como una dendrita creciente toca el fósforo rojo, emite una señal en el voltaje de carga", dijo Tour. "Cuando el sistema de administración de la batería detecta eso, puede decir: 'Detenga la carga, no lo use'"."
El año pasado, el laboratorio introdujo películas de nanotubos de carbono que parecen detener completamente el crecimiento de dendrita de los ánodos de metal de litio.
"Al combinar los dos avances recientes, se puede mitigar el crecimiento de las dendritas de litio, y existe una póliza de seguro interna que la batería se cerrará en el improbable caso de que incluso una sola dendrita comience a crecer hacia el cátodo".Tour dijo.
"Literalmente, cuando haces una batería nueva, estás haciendo más de mil millones de ellas", dijo. "¿Podría fallar un par de esas? Solo se necesitan unos pocos incendios para que las personas se sientan realmente ansiosas. Nuestro trabajo proporcionauna garantía adicional para la seguridad de la batería. Estamos proponiendo otra capa de protección que debería ser simple de implementar ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Rice . Original escrito por Mike Williams. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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