12.10.2020 - University of Science and Technology of China

El material de los electrodos de ingeniería acerca la investigación de las baterías al "Santo Grial"

Un vehículo eléctrico con esa batería podría viajar 600 millas con una sola carga

Los vehículos eléctricos están ganando popularidad, pero su largo tiempo de carga es una importante desventaja para los clientes potenciales. Mientras que un típico SUV con motor de combustión podría recorrer 300 millas con un repostaje de cinco minutos, un vehículo eléctrico de última generación tarda alrededor de una hora en almacenar suficiente energía para recorrer la misma distancia. La tecnología para una batería de iones de litio de alta capacidad que se carga rápidamente y funciona de forma eficiente sigue siendo un objetivo no alcanzado, pero los investigadores están ahora más cerca que nunca.

Un equipo internacional de investigadores publicó el 8 de octubre en Sciencelos detalles de un material de electrodos de ingeniería que permite baterías tan avanzadas.

"La combinación de alta energía, alta tasa y larga vida útil es el santo grial de la investigación en baterías, que está determinada por uno de los componentes clave de la batería: los materiales de los electrodos", dijo Hengxing Ji, profesor de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China (USTC). "Nuestro objetivo es buscar un material de electrodo que pueda hacer mella en la métrica de rendimiento de la investigación de laboratorio y que pueda mantener la promesa de estar a la altura de las técnicas y requisitos de producción industrial".

La energía entra y sale de la batería por medio de reacciones electroquímicas en los electrodos, por lo que la transferencia eficiente y efectiva de iones de litio es de suma importancia, según el primer autor Hongchang Jin del USTC, especialmente en la transferencia de la energía de la batería al dispositivo a través del ánodo.

Los investigadores recurrieron al fósforo negro, un material que se ha considerado antes para su uso en electrodos, pero que suele abandonarse debido a su tendencia a deformarse a lo largo de los bordes de sus capas, lo que hace que la transferencia de iones de litio sea profundamente ineficiente y hace que el material sea de menor calidad. Al combinar el fósforo negro con el grafito, los enlaces químicos entre estos dos materiales se estabilizan y evitan los cambios de borde problemáticos.

El equipo también abordó otro problema que obstaculiza el material: Los electrolitos pueden descomponerse en piezas menos conductoras y acumularse en la superficie del electrodo, inhibiendo la transferencia de iones de litio al material del electrodo, como el polvo que oscurece la luz a través del vidrio. El equipo aplicó una fina capa de gel polimérico a los materiales del electrodo y reforzó la ruta de transporte de iones de litio, previniendo eficazmente el problema.

"El material compuesto del ánodo restauró el 80% de su capacidad total en menos de 10 minutos y muestra una vida operativa de 2000 ciclos a temperatura ambiente, que se midió en condiciones compatibles con los procesos de fabricación industrial", dijo el co-autor Sen Xin, profesor del Instituto de Química de la Academia China de Ciencias. "Si se puede lograr una producción escalable, este material puede proporcionar un ánodo de grafito alternativo y actualizado, y nos llevará hacia una batería de iones de litio con una densidad de energía de más de 350 vatios-hora por kilogramo y una capacidad de carga rápida". La proyección exitosa de los parámetros anteriores en el vehículo eléctrico aumentará significativamente su competitividad frente a los coches de combustible".

Los 350 vatios-hora por kilogramo describen la capacidad energética de la batería - un vehículo eléctrico con dicha batería podría recorrer 600 millas con una sola carga. Para comparar, el modelo S de Tesla en el mercado puede viajar 400 millas con una sola carga.

Con esta novedosa tecnología, Ji dijo que los investigadores planean seguir tanto las cuestiones científicas fundamentales del proceso de carga y descarga de iones de litio como las cuestiones relacionadas con la industria sobre las formas de escalar la producción de material compuesto en condiciones más suaves.

"Investigaremos materiales de ingeniería de estructura racionalmente seleccionada, pero teniendo en cuenta el precio y la practicidad para lograr un rendimiento atractivo", dijo Ji.

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.

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