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» » Científicos inventan electrodo de batería de auto-sanación

Referencia: Phys.org, 18 noviembre 2013

Unos investigadores han hecho el primer electrodo de batería que se cura a sí mismo, abriendo de esta forma un nuevo camino, comercialmente viable, con vistas a la próxima generación de baterías de iones de litio para coches eléctricos, teléfonos móviles y otros dispositivos. 

Izquierda: Una micrografía electrónica muestra Las grietas dejadas en un recubrimiento de polímero de auto-sanación debido al acrecentamiento de su electrodo de silicio durante la carga. Derecha: Cinco horas más tarde, las grietas más pequeñas se habían curado. Crédito: C. Wang et al, Nature Chemistry

El secreto es un polímero elástico que cubre el electrodo, que unido al conjunto cura espontáneamente las grietas diminutas que se desarrollan durante el funcionamiento de la batería, según dice el equipo de la Universidad de Stanford y el Laboratorio del Acelerador Nacional de Energía.

Se informó de este avance en la edición de 19 de noviembre de Nature Chemistry.

"La auto-sanación es muy importante para la supervivencia y una larga vida útil en los animales y plantas", señaló Chao Wang, un investigador postdoctoral en Stanford, y uno de los dos autores principales de la investigación. "Queremos incorporar esta característica en las baterías de ion de litio para que también tengan una larga vida útil."

Chao desarrolló este polímero de auto-sanación en el laboratorio de Stanford Profesor Zhenan Bao, cuyo grupo ha estado trabajando con la piel electrónica flexible para su uso en robots, sensores, prótesis y otras aplicaciones. Para el proyecto de la batería, se agregaron diminutas nanopartículas de carbono al polímero a fin de conducir la electricidad.

Prototipo batería de iones de litio, realizado en un laboratorio de Stanford, contiene un electrodo de silicio protegido con una capa de polímero de auto-sanación. Los cables y los clips del fondo son parte de un aparato para probar el rendimiento de las pilas durante múltiples ciclos de carga-descarga. Crédito: Brad Plummer / SLAC.

"Descubrimos que los electrodos de silicio duraban 10 veces más tiempo cuando estaban cubiertos con este polímero de auto-sanación, que repara las grietas al cabo de pocas horas", dijo Bao.

"Su capacidad de almacenamiento de energía está ahora en fase de práctica, pero sin duda nos gustaría avanzar", comentaba Yi Cui, profesor asociado de SLAC y Stanford, y que dirigió la investigación junto con Bao. Los electrodos estuvieron trabajando durante cerca de 100 ciclos de carga-descarga sin perder significativamente su capacidad de almacenamiento de energía. "Eso está todavía bastante lejos de la meta de 500 ciclos para teléfonos móviles y de los 3.000 ciclos de un vehículo eléctrico", añadió Cui, "pero la promesa está ahí, y según todos los datos parece que está funcionando."

Los Investigadores de todo el mundo están en la carrera por encontrar formas de almacenar más energía en los electrodos negativos de las baterías de iones de litio, a fin de conseguir un mayor rendimiento y una reducción del peso. Uno de los materiales para electrodos que más promete es el silicio, tiene una gran capacidad para absorber los iones de litio del líquido de la batería durante la carga, y luego liberarlos cuando la batería se pone a funcionar.

Pero esta gran capacidad tiene un precio: los electrodos de silicio se acrecientan hasta tres veces su tamaño normal y se contraen de nuevo, cada vez que la batería se carga y descarga. En este material quebradizo pronto aparecen las grietas y se rompe, degradando el rendimiento de la batería. Este es el problema de todos los electrodos en las baterías de alta capacidad, explicó Hui Wu, ex postdoctorado de Stanford, el otro autor principal del artículo, ahora profesor en la Universidad de Tsinghua en Beijing.


- Image 1) Izquierda: Una micrografía electrónica muestra Las grietas dejadas en un recubrimiento de polímero de auto-sanación debido al acrecentamiento de su electrodo de silicio durante la carga. Derecha: Cinco horas más tarde, las grietas más pequeñas se habían curado. Crédito: C. Wang et al, Nature Chemistry
- Imagen 2) Prototipo batería de iones de litio, realizado en un laboratorio de Stanford, contiene un electrodo de silicio protegido con una capa de polímero de auto-sanación. Los cables y los clips del fondo son parte de un aparato para probar el rendimiento de las pilas durante múltiples ciclos de carga-descarga. Crédito: Brad Plummer / SLAC.
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