Un nuevo diseño de batería de iones de litio podría alimentar vehículos eléctricos y dispositivos portátiles de mayor duración
La Universidad de Surrey desarrolla un ánodo de batería con una capacidad de silicio casi máxima
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Investigadores del Instituto de Tecnología Avanzada (ATI) de la Universidad de Surrey han desarrollado un nuevo diseño de batería que podría ampliar considerablemente la autonomía de los vehículos eléctricos y la vida útil de los dispositivos electrónicos portátiles.
En un estudio publicado en ACS Applied Energy Materials, los investigadores presentan un nuevo ánodo de batería de iones de litio que ofrece una de las mayores capacidades de almacenamiento de energía registradas en sistemas de nanotubos de silicio-carbono, al tiempo que mantiene la estabilidad durante cientos de ciclos de carga.
Las baterías de iones de litio alimentan gran parte de la tecnología moderna, desde los teléfonos inteligentes y los dispositivos portátiles hasta los vehículos eléctricos. El grafito, el material anódico más utilizado, es estable pero limitado en la cantidad de energía que puede almacenar. El silicio, en cambio, ofrece una capacidad mucho mayor, pero se expande durante la carga, lo que hace que se agriete y se degrade con el tiempo.
Para superar este problema, el equipo de investigación desarrolló una nueva estructura de "nanotubos de silicio-carbono integrados verticalmente" (VISiCNT). El diseño cultiva densos bosques de nanotubos de carbono directamente sobre una lámina de cobre y los recubre con una fina capa de silicio, creando un andamiaje flexible y conductor que puede absorber la expansión manteniendo el rendimiento.
El ánodo resultante puede almacenar una gran cantidad de energía para su peso. En pruebas de laboratorio, almacenó más de 3.500 miliamperios-hora por gramo, cerca del máximo posible para el silicio y muy por encima del grafito (370 mAh/g) utilizado en las baterías actuales. También demostró una mayor estabilidad y rendimiento en ciclos de carga repetidos.
El Dr. Muhammad Ahmad, investigador del ATI de la Universidad de Surrey y autor principal del estudio, declaró "El impulso a la innovación en el campo de las baterías es cada vez mayor, ya que muchas de las tecnologías actuales se ven limitadas por la cantidad de energía que pueden almacenar. Nuestro diseño VISiCNT ofrece una vía práctica para aprovechar la enorme capacidad de almacenamiento del silicio sin sacrificar la vida útil de los ciclos".
"Se trata de un avance muy necesario, ya que ofrece una capacidad muy alta, carga rápida y durabilidad a largo plazo, al tiempo que nos acerca a baterías que pueden alimentar vehículos eléctricos y dispositivos cotidianos durante mucho más tiempo con una sola carga".
Una ventaja clave del nuevo método es que los nanotubos de carbono se cultivan directamente sobre cobre -el material que ya se utiliza en las baterías comerciales- mediante un proceso de fabricación escalable. Esto podría facilitar la integración de la tecnología en las líneas de producción industrial existentes.
En palabras del profesor Ravi Silva, investigador principal y director del ATI: "Este trabajo es un paso importante para sacar los ánodos de silicio y nanotubos de carbono del laboratorio y fabricarlos en el mundo real. Podemos hacer crecer estructuras de nanotubos de carbono directamente sobre una lámina de cobre a gran velocidad y adaptar la capa de silicio para que sea estable, lo que significa que este método podría integrarse en las líneas de producción de baterías existentes con un trastorno mínimo. La tecnología tiene un claro potencial no sólo para los vehículos eléctricos, sino también para el almacenamiento en red y las baterías más pequeñas utilizadas en microelectrónica.
"Estamos muy orgullosos de presentar otra tecnología de CNT tras nuestra investigación inicial sobre el material más oscuro del mundo, VANTA-Black, a través de la spin-out universitaria Surrey NanoSystems Ltd., que está demostrando el impacto en el mundo real de la investigación fundamental financiada por el UKRI".
A medida que aumente la demanda de almacenamiento de energía, las baterías tendrán que almacenar más energía, cargarse más rápido y durar más tiempo para apoyar la transición del Reino Unido hacia el Net Zero. El diseño de VISiCNT ofrece una vía prometedora para superar estos retos y podría ser clave para alimentar la próxima generación de vehículos y teléfonos eléctricos.
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