Actualizado: 07/07/2022
La lenta pero meticulosa introducción de nuevos materiales en el diseño de las actuales baterías de iones de litio tiene el potencial de mejorar enormemente su rendimiento, y ahora los científicos acaban de descubrir una posibilidad prometedora en los nanotubos de carbono.
Al incorporar nanotubos de carbono al electrodo de una batería de metal de litio, los investigadores han producido una versión que no sólo es más segura, sino que tiene el potencial de cargarse en sólo una fracción del tiempo de los dispositivos convencionales.
La investigación se llevó a cabo en la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Texas A&M y se centra en una arquitectura de batería con un enorme potencial.
Cuando una batería tradicional de iones de litio se carga y se descarga, los iones de litio son transportados de un lado a otro entre el cátodo y el ánodo, este último normalmente hecho de una mezcla de grafito y cobre.
Pero los científicos ven una gran alternativa en el uso de metal de litio puro, que ofrece una densidad de energía muy alta y podría hacer que las baterías se carguen mucho más rápido y ofrezcan hasta 10 veces más capacidad.
Un estudio del año pasado describió un ánodo de litio como «crítico para romper el cuello de botella de la densidad de energía de la química actual de los iones de litio«. Baste decir que hay un interés considerable en hacer que estas cosas funcionen.
Sin embargo, se interponen en el camino unos tentáculos peligrosos llamados dendritas. Estas estructuras parecidas a árboles se acumulan en la superficie del ánodo cuando los iones de litio no se depositan de manera uniforme y, a medida que crecen, pueden perforar componentes clave de la batería y provocar un cortocircuito o un incendio. Si eso no ocurre, hacen que la batería pierda rápidamente su carga de todos modos.
Así que un gran número de investigaciones se centran en el problema de la formación de dendritas, y el equipo de Texas A&M cree que puede haber encontrado una solución en los nanotubos de carbono ultraligeros y altamente conductores.
Para su ánodo, el equipo usó nanotubos de carbono para construir soportes porosos tridimensionales unidos a moléculas que hacen que los iones de litio se unan a su superficie. Se necesitó algo de experimentación, pero con la concentración correcta de estas moléculas aglutinantes, el equipo descubrió que había producido un ánodo de batería que evitaba la acumulación de dendritas en su superficie.
Pero cuando teníamos la cantidad justa de estas moléculas aglutinantes, podíamos ‘descomprimir’ los soportes de nanotubos de carbono en ciertos lugares, permitiendo que los iones de litio atravesaran y se unieran a toda la superficie de los soportes en lugar de acumularse en la superficie exterior del ánodo y formar dendritas.
Juran Noh, autor del estudio.
Otra consecuencia de esta distribución uniforme y segura de los iones de litio fue el aumento de la capacidad de la batería para producir corrientes más grandes.
Los ánodos que hemos desarrollado superan estos obstáculos y son un importante paso inicial hacia las aplicaciones comerciales de las baterías de metal de litio.
Juran Noh.
Vía Texas A&M University College of Engineering
Más información: pubs.acs.org
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