El proceso de desarrollo de mejores baterías recargables puede ser turbio, pero hay un revestimiento de alúmina.
Una delgada capa de óxido de metal aplicada a cátodos comunes por ingenieros de la Escuela de Ingeniería Brown de la Universidad de Rice reveló nuevos fenómenos que podrían conducir a baterías mejor orientadas a automóviles eléctricos y un almacenamiento de energía fuera de la red más robusto.
El estudio de la American Chemical Society Materiales de energía aplicada ACS describe un mecanismo previamente desconocido por el cual el litio queda atrapado en las baterías, lo que limita la cantidad de veces que se puede cargar y descargar a plena potencia.
Pero esa característica no desanima las esperanzas de que, en algunas situaciones, tales baterías puedan ser las correctas.
El laboratorio de Rice de la ingeniera química y biomolecular Sibani Lisa Biswal encontró un punto óptimo en las baterías que, al no maximizar su capacidad de almacenamiento, podría proporcionar ciclos constantes y estables para las aplicaciones que lo necesitan.
Biswal dijo que las baterías de iones de litio convencionales utilizan ánodos a base de grafito que tienen una capacidad de menos de 400 miliamperios hora por gramo mAh / g, pero los ánodos de silicio tienen potencialmente 10 veces esa capacidad. Eso tiene una desventaja: el silicio se expandeya que se alea con litio, lo que tensiona el ánodo. Al hacer que el silicio sea poroso y limitar su capacidad a 1000 mAh / g, las baterías de prueba del equipo proporcionaron un ciclo estable con una capacidad aún excelente.
"La capacidad máxima pone mucho estrés en el material, por lo que esta es una estrategia para obtener capacidad sin el mismo grado de estrés", dijo Biswal. "1000 miliamperios hora por gramo sigue siendo un gran salto".
El equipo dirigido por la becaria postdoctoral Anulekha Haridas probó el concepto de emparejar los ánodos de silicio porosos de alta capacidad en lugar de grafito con cátodos de óxido de cobalto, manganeso y níquel NMC de alto voltaje. Las baterías de iones de litio de celda completa demostraronciclabilidad estable a 1000 mAh / g durante cientos de ciclos.
Algunos cátodos tenían una capa de alúmina de 3 nanómetros aplicada mediante deposición de capa atómica, y otros no. Aquellos con el recubrimiento de alúmina protegieron al cátodo de descomponerse en presencia de ácido fluorhídrico, que forma incluso pequeñas cantidades deel agua invade el electrolito líquido. Las pruebas mostraron que la alúmina también aceleraba la velocidad de carga de la batería, reduciendo la cantidad de veces que se puede cargar y descargar.
Parece haber una gran captura como resultado del rápido transporte de litio a través de la alúmina, dijo Haridas. Los investigadores ya sabían de las posibles formas en que los ánodos de silicio atrapan el litio, haciéndolo no disponible para los dispositivos de energía, pero ella dijo que este es el primer informe dela propia alúmina absorbe el litio hasta que se satura. En ese momento, dijo, la capa se convierte en un catalizador para el transporte rápido hacia y desde el cátodo.
"Este mecanismo de captura de litio protege eficazmente el cátodo al ayudar a mantener una capacidad estable y una densidad de energía para las células completas", dijo Haridas.
Los coautores son los estudiantes graduados de Rice Quan Anh Nguyen y Botao Farren Song, y Rachel Blaser, ingeniera de investigación y desarrollo en Ford Motor Co. Biswal es profesora de ingeniería química y biomolecular y de ciencia de materiales y nanoingeniería.
El Programa de Investigación de la Universidad de Ford apoyó la investigación.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Rice . Original escrito por Mike Williams. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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