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» » » Nueva batería de iones de litio más segura, dura y potente

Referencia: AlphaGalileo.org .
por Daniel Kopperud, 3 de julio 2015
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Las baterías de iones de litio (LIB) son un gran avance tecnológico de las baterías de plomo ácido, que han existido desde 1850. Gracias a su bajo peso, alta densidad energética y de pérdida lenta de carga cuando no está en uso, las LIBs se han convertido en la opción preferida para la electrónica de consumo. Las celdas de iones de litio con cátodos de cobalto tienen el doble de energía de una batería a base de níquel, y cuatro veces mayor que la de ácido de plomo. A pesar de ser una batería de consumo superior, las LIBs todavía tienen algunos inconvenientes. Su actual tecnología de fabricación está llegando al límite de densidad teórica de energía y el sobrecalentamiento conduce a un desenfrenado térmico, es decir a "una ventilación de la llama" lo cual es una seria preocupación.

Simple incorporación de diversos precursores de litio para CB[6] poroso exhibe una alta conductividad de iones de litio, con movilidad y seguridad de electrolitos de litio sólido

Investigadores de Corea del Sur en el Centro for Self-assembly and Complexity del Instituto de Ciencias Básicas (IBS), el Departamento de Química y la División de Ciencias de Materiales Avanzados de la Universidad de Pohang, han creado la nueva LIB hecha de un sólido poroso que mejora notablemente su rendimiento así como la reducción de los riesgos debido a un sobrecalentamiento.

Desde 2002 ha habido más de 40 retiradas del mercado en EE.UU. debido a haberse incendiado o por riesgo de explosión de las LIBs utilizadas en dispositivos electrónicos de consumo. Estos tipos de baterías, en todas sus diferentes combinaciones de litio-ánodo, siguen siendo una parte esencial de la electrónica moderna de consumo a pesar de su pobre historial en temperaturas altas.

El equipo coreano intentó un enfoque totalmente nuevo en la fabricación de las baterías. Según el Dr. Kimoon Kim en el IBS, "hemos investigado la anisotropía alta y muy alta [direccionalmente dependiente] de protones de comportamiento conductor en el CB[6] poroso, para los electrolitos de pila de combustible. Esto es posible en el iones de litio conductor CB[6] poroso por ser más seguros que el existente electrolito de litio sólido, basado en materiales orgánicos de porosidad molecular, que utilizando el método de inmersión simple. "La tecnología LIB actual se basa en el litio intercalado que funciona bien, pero debido a la cada vez mayor demanda de los dispositivos electrónicos para que sean más ligeros y potente, se hace necesaria la investigación de nuevos electrolitos.

Esta nueva batería se construye a partir de moléculas con forma de calabaza, llamadas cucurbit[6] uril (CB[6]), las cuales se organizan en una estructura en forma de panal. Las moléculas tienen un canal 1D increíblemente delgado, de un promedio de 7,5 Å [una de ion de litio tiene 0,76 Å, ó 0.76 x 10-10 m] que se ejecuta a su través. La estructura física del CB[6] poroso permite que los iones de litio de la batería se difundan más libremente que en las LIBs convencionales, además de existir sin los separadores que se encuentran en las otras baterías.

En las pruebas, los electrolitos sólidos porosos CB[6] mostraron una impresionante conductividad de iones de litio. Para comparar esto con electrolitos de baterías existentes, el equipo utilizó una medición del número de transferencia de litio (tLi+) que fue registrado en 0,7-0,8 comparado con el 0,2-0,5 de los electrolitos existentes. También sometieron las baterías a temperaturas extremas de hasta 99.85 °C, muy por encima de la temperatura típica de 80 °C de salida de las LIBs. En las pruebas, las baterías con cliclos a temperaturas entre 24.85 °C y 99.85 °C durante una duración de cuatro días, y después de cada ciclo los resultados no mostraron escapes térmicos y casi ningún cambio en la conductividad.

Varios electrolitos líquidos convencionales pueden incorporar un marco de CB[6] poroso y ser convertido a electrolitos de litio sólido más seguros. Además, el uso de electrolitos no se limita a usarlo sólo en las LIBs, sino que una batería de litio de aire es potencialmente factible. Mas lo que hace que esta nueva técnica sea más interesante es que se trata de un nuevo método de preparación del electrolito de litio sólido, el cual comienza como líquido, y no necesita modificación post-sintética o tratamiento químico.

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- Institute for Basic Science. Press Center .
- Imagen: Simple incorporación de diversos precursores de litio para CB[6] poroso exhibe una alta conductividad de iones de litio, con movilidad y seguridad de electrolitos de litio sólido.
- Publicación: Jun Heuk Park, Kyungwon Suh, Md. Rumum Rohman, Wooseup Hwang, Minyoung Yoon and Kimoon Kim, (2015), “Solid lithium electrolytes based on an organic molecular porous solid”, The Royal Society of Chemistry, DOI: 10.1039/c5cc02581h.

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