Los investigadores de la Facultad de Ciencias y la Facultad de Ingeniería Mellon de la Universidad Carnegie Mellon han desarrollado un ánodo semilíquido a base de litio metálico que representa un nuevo paradigma en el diseño de baterías. Las baterías de litio fabricadas con este nuevo tipo de electrodo podrían tener una mayor capacidad y ser mucho más segurasque las típicas baterías de litio a base de metal que usan papel de litio como ánodo.
El equipo de investigación interdisciplinario publicó sus hallazgos en la edición actual de julio .
Las baterías a base de litio son uno de los tipos más comunes de baterías recargables utilizadas en la electrónica moderna debido a su capacidad para almacenar grandes cantidades de energía. Tradicionalmente, estas baterías están hechas de electrolitos líquidos combustibles y dos electrodos, un ánodo y un cátodo, que están separados por una membrana. Después de que una batería se ha cargado y descargado repetidamente, pueden crecer hebras de litio llamadas dendritas en la superficie del electrodo. Las dendritas pueden atravesar la membrana que separa los dos electrodos. Esto permite el contacto entreánodo y cátodo, que pueden provocar un cortocircuito en la batería y, en el peor de los casos, incendiarse.
"La incorporación de un ánodo de litio metálico en baterías de iones de litio tiene el potencial teórico de crear una batería con mucha más capacidad que una batería con un ánodo de grafito", dijo Krzysztof Matyjaszewski, profesor de Ciencias Naturales de la Universidad JC Warner en el Departamento de Carnegie Mellon deQuímica: "Pero lo más importante que debemos hacer es asegurarnos de que la batería que creamos sea segura".
Una solución propuesta para los electrolitos líquidos volátiles utilizados en las baterías actuales es reemplazarlos con electrolitos cerámicos sólidos. Estos electrolitos son altamente conductores, incombustibles y lo suficientemente fuertes como para resistir las dendritas. Sin embargo, los investigadores han descubierto que el contacto entre la cerámicaun electrolito y un ánodo de litio sólido es insuficiente para almacenar y suministrar la cantidad de energía necesaria para la mayoría de los dispositivos electrónicos.
Sipei Li, un estudiante de doctorado en el Departamento de Química de Carnegie Mellon, y Han Wang, un estudiante de doctorado en el Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de Carnegie Mellon, pudieron superar esta deficiencia creando una nueva clase de material que se puede utilizar comoun ánodo de metal semilíquido.
Trabajando con Matyjaszewski de Mellon College of Science, líder en química de polímeros y ciencia de materiales, y Jay Whitacre, Profesor Fiduciario en Energía en la Facultad de Ingeniería y director del Instituto de Innovación Energética Wilton E. Scott en Carnegie Mellon, quienconocido por su trabajo en el desarrollo de nuevas tecnologías para el almacenamiento y la generación de energía, Li y Wang crearon una matriz compuesta de polímero / carbono de doble conducción que tiene micropartículas de litio distribuidas de manera uniforme. La matriz permanece fluida a temperatura ambiente, lo que le permite crear unnivel suficiente de contacto con el electrolito sólido. Al combinar el ánodo de metal semilíquido con un electrolito de cerámica sólida a base de granate, fueron capaces de ciclar la celda a una densidad de corriente 10 veces mayor que las celdas con un electrolito sólido y un ánodo de papel de litio tradicional.Esta célula también tenía un ciclo de vida mucho más largo que las células tradicionales.
"Esta nueva ruta de procesamiento conduce a un ánodo de batería a base de metal de litio que es fluido y tiene una seguridad y rendimiento muy atractivos en comparación con el metal de litio ordinario. La implementación de material nuevo como este podría conducir a un cambio gradual en las baterías recargables a base de litio, yestamos trabajando duro para ver cómo funciona esto en una variedad de arquitecturas de batería ", dijo Whitacre.
Los investigadores creen que su método podría tener impactos de largo alcance. Por ejemplo, podría usarse para crear baterías de alta capacidad para vehículos eléctricos y baterías especializadas para su uso en dispositivos portátiles que requieren baterías flexibles. También creen que sus métodos podrían serse extendió más allá del litio a otros sistemas de baterías recargables, incluidas las baterías de metal de sodio y las baterías de metal de potasio y podría utilizarse en el almacenamiento de energía a escala de red.
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Materiales proporcionado por Universidad Carnegie Mellon . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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