Breve descripción del material para duplicar el almacenamiento de baterías de litio.

Durante muchos años, las baterías de iones de litio producidas en serie se han basado en el grafito y el cobre como ánodos. Durante años, los investigadores han estado buscando materiales alternativos que puedan superar las limitaciones de estos materiales, incluida la producción de alto costo y la capacidad de almacenamiento limitada (por ejemplo, el silicio puede almacenar 10 veces la energía, aunque plantea otra serie de problemas).

La creación del ánodo actual es un laborioso proceso de varios pasos en el que el grafito se recubre con una lámina de cobre. Sin embargo, como explica Karl Kreder, científico de materiales de la Universidad de Texas en Austin y autor principal de la nueva investigación, en términos de procesos de fabricación y la batería en sí, esto puede conducir a la ineficiencia.

Kreder dijo: "Entonces, el material activo (grafito) se pinta en la parte superior del colector inerte (cobre). Esto aumenta el volumen del sistema y la calidad de los materiales inactivos. Al combinar el colector y los materiales activos, los materiales activos de mayor capacidad se puede utilizar mientras se utilizan materiales de colección de corriente menos inactivos ".

Kreder y su equipo lograron esto a través de un método de fabricación simplificado que eliminó el engorroso proceso de recubrimiento. Cuando el estaño se cuela en un bloque, el estaño se puede agregar directamente al aluminio para formar una aleación que luego se puede enrollar mecánicamente (procesos de aleación metalúrgica comunes y relativamente económicos) en una hoja de metal nanoestructurada. En el paso final, se reducen las partículas en el material, lo cual es crucial.

Kreder explicó: "El estaño se puede alear con litio. Desafortunadamente, si se usa papel de aluminio o incluso partículas de estaño del tamaño de un micrón, el estaño se romperá cuando se alea con litio debido a la expansión de volumen, lo que significa que si es grande el Los gránulos de estaño fabrican baterías que solo pueden soportar docenas de ciclos de carga y descarga, pero si se producen partículas de estaño a nanoescala, las partículas no se dividirán durante la aleación ".

Los investigadores llamaron al material conocido como ánodo de aleación eutéctica cruzada (IdEA). Piensan que el grosor del material es solo una cuarta parte del grosor del material de ánodo tradicional y el peso es solo la mitad que el del material tradicional. Probaron el material del ánodo en pequeñas baterías de iones de litio y luego lo cargaron y descargaron para medir el rendimiento. Descubrieron que el ánodo tenía el doble de capacidad para almacenar electricidad que un ánodo convencional de cobre y grafito.

Kreder dijo: "La razón de esto es muy buena, uno de los elementos es activo, el estaño, el otro es inerte, el aluminio". El aluminio produce una matriz conductora en la que permanece el estaño, y el aluminio proporciona estructura y conductividad, mientras que las aleaciones de estaño y desaleaciones con litio durante el ciclo de la batería.

"Es realmente emocionante poder desarrollar un proceso escalable y económico para fabricar nanomateriales de electrodos", dijo Araugam Manthiram, director del Instituto de Materiales de Texas, uno de los líderes del equipo. Nuestros resultados muestran que este material ha sido exitoso en términos de métricas de desempeño requeridas para la comercialización de baterías de iones de litio. "

Los resultados del estudio se publicaron en la revista ACSENEY LETTERS.

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