Un nuevo descubrimiento hace posible la carga rápida y un mejor rendimiento de las baterías de iones de litio

Los materiales podrían aumentar el rendimiento de la batería en la electrónica de consumo, los vehículos eléctricos y más

18.04.2019

Rensselaer Polytechnic Institute

La investigación de materiales, publicada en Nature Communications, hace posible que las baterías de iones de litio puedan cargarse en cuestión de minutos pero aún así funcionar a una alta capacidad.

Crear una batería de iones de litio que pueda cargarse en cuestión de minutos, pero que aún así pueda funcionar a gran capacidad, es posible, según una investigación del Instituto Politécnico Rensselaer que acaba de publicarse en Nature Communications. Este desarrollo tiene el potencial de mejorar el rendimiento de la batería para la electrónica de consumo, el almacenamiento en la red solar y los vehículos eléctricos.

Una batería de iones de litio se carga y descarga a medida que los iones de litio se mueven entre dos electrodos, llamados ánodos y cátodos. En una batería de iones de litio tradicional, el ánodo está hecho de grafito, mientras que el cátodo está compuesto de óxido de cobalto de litio.

Estos materiales funcionan bien juntos, por lo que las baterías de iones de litio se han vuelto cada vez más populares, pero los investigadores de Rensselaer creen que la función puede mejorarse aún más.

"La forma de mejorar las baterías es mejorar los materiales utilizados para los electrodos", dijo Nikhil Koratkar, profesor de ingeniería mecánica, aeroespacial y nuclear de Rensselaer, y autor correspondiente del artículo. "Lo que intentamos hacer es que la tecnología de iones de litio sea aún mejor en rendimiento".

La extensa investigación de Koratkar sobre nanotecnología y almacenamiento de energía lo ha colocado entre los investigadores más citados del mundo. En este trabajo más reciente, Koratkar y su equipo mejoraron el rendimiento sustituyendo el óxido de cobalto por disulfuro de vanadio (VS2).

"Te da una mayor densidad de energía, porque es luz. Además, te ofrece una capacidad de carga más rápida, ya que es altamente conductiva. Desde esos puntos de vista, nos atrajo este material", dijo Koratkar, que también es profesor en el Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales.

La excitación en torno al potencial del VS2 ha estado creciendo en los últimos años, pero hasta ahora, dijo Koratkar, los investigadores se habían visto desafiados por su inestabilidad, una característica que llevaría a una vida más corta de la batería. Los investigadores de Rensselaer no sólo establecieron por qué estaba ocurriendo esa inestabilidad, sino que también desarrollaron una forma de combatirla.

El equipo, que también incluía a Vincent Meunier, jefe del Departamento de Física, Física Aplicada y Astronomía, y otros, determinó que la inserción de litio causaba una asimetría en el espaciamiento entre los átomos de vanadio, conocida como distorsión de Peierls, responsable de la ruptura de los copos del VS2. Descubrieron que cubrir las escamas con una capa de disulfuro de titanio (TiS2) -un material que no distorsiona Peierls- estabilizaría las escamas del VS2 y mejoraría su rendimiento dentro de la batería.

"Esto era nuevo. La gente no se había dado cuenta de que esta era la causa subyacente", dijo Koratkar. "El recubrimiento TiS2 actúa como una capa tampón. Mantiene unido el material VS2, proporcionando soporte mecánico".

Una vez que el problema fue resuelto, el equipo encontró que los electrodos del VS2-TiS2 podían operar a una alta capacidad específica, o almacenar una gran cantidad de carga por unidad de masa. Koratkar dijo que el pequeño tamaño y peso del vanadio y el azufre les permite ofrecer una alta capacidad y densidad de energía. Su pequeño tamaño también contribuiría a una batería compacta.

Cuando la carga se hacía más rápidamente, dijo Koratkar, la capacidad no bajaba tan significativamente como lo hace a menudo con otros electrodos. Los electrodos pudieron mantener una capacidad razonable porque, a diferencia del óxido de cobalto, el material VS2-TiS2 es eléctricamente conductor.

Koratkar ve múltiples aplicaciones para este descubrimiento en la mejora de las baterías de los coches, la potencia para la electrónica portátil y el almacenamiento de energía solar, donde la alta capacidad es importante, pero el aumento de la velocidad de carga también sería atractivo.

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

Rensselaer Polytechnic Institute

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