22 años de personalización de baterías
APR 15, 2019 Pageview：379
Desde teléfonos inteligentes hasta automóviles eléctricos, muchas de las tecnologías actuales utilizan baterías de iones de litio. Esto significa que los consumidores deben mantener la comodidad del cargador. La batería del iPhoneX dura solo 21 horas de tiempo de conversación, mientras que el modelo Tesla S tiene un alcance de 335 millas, lo que significa que puede ir de Newark, Delaware a Providence, Rhode Island City, pero no todo el camino a Boston con una sola carga.
Los científicos de todo el mundo, incluso John Goodenough, el inventor de las baterías de iones de litio, están buscando formas de hacer que las baterías recargables sean más seguras, ligeras y potentes.
Ahora, un equipo de investigación internacional dirigido por Bingqing Wei, profesor de ingeniería mecánica en la Universidad de Delaware, director del Centro de pilas y baterías de combustible, está trabajando para sentar las bases para un uso más amplio de las baterías de metal de litio. Esto será más que las baterías de iones de litio comúnmente utilizadas en la electrónica de consumo más capacidad. El equipo desarrolló un método para mitigar la formación de dendrita en baterías de metal de litio, que describieron en un artículo publicado en NanoLetters.
Promesa (y trampa) de la batería de metal de litio
En una batería de iones de litio, el ánodo o el lado generador de corriente está hecho de un material como el grafito al que se unen los iones de litio. Los iones de litio fluyen hacia el lado del cátodo o del colector.
En una batería de metal de litio, el ánodo está hecho de metal de litio. Los electrones fluyen del ánodo al cátodo para generar electricidad. Las baterías recargables hechas de metal de litio tienen muchas promesas porque el litio es el metal más conductor de electricidad y tiene una capacidad muy alta.
"En teoría, el litio metálico es una de las mejores opciones para las baterías, pero es difícil de manejar en la práctica", dijo Wei.
Hasta ahora, las baterías de metal de litio han sido ineficientes, inestables e incluso presentan riesgos de incendio. Su desempeño se ve obstaculizado por las dendritas de litio, que parecen pequeñas estalagmitas hechas de depósitos de litio. A medida que se usa la batería, los iones de litio se acumulan en el ánodo. Con el tiempo, los depósitos de litio se vuelven irregulares, lo que resulta en la formación de estas dendritas, que pueden provocar cortocircuitos en la batería.
Nueva comprensión
Grupos de investigación de todo el mundo han probado diversas técnicas para inhibir la formación y el crecimiento de estas dendritas. Después de estudiar la literatura, Wei descubrió que casi todas las técnicas aplicadas se pueden entender bajo un paraguas protector: la introducción de una capa de material poroso en el sistema evita que las dendritas se acumulen en el ánodo.
El equipo utilizó modelos matemáticos para encontrar que los materiales porosos inhiben la iniciación y el crecimiento dendríticos. Las dendritas que de hecho se forman son un 75% más cortas que las dendritas formadas en sistemas que carecen de membrana porosa. Para probar aún más este hallazgo, el equipo creó un diafragma hecho de filamentos porosos de nitruro de silicio, menos de uno en un millón de cada diafragma. Luego integraron la película en una batería de metal de litio en la batería y funcionó durante 3.000 horas. No crecieron dendritas.
"Esta comprensión básica puede no limitarse al nitruro de silicio que utilizamos", dijo Wei. "Otras estructuras porosas también pueden hacer esto".
Más importante aún, este principio también se puede extender a otros sistemas de baterías, como las baterías a base de zinc o potasio, dijo.
"En este campo de las baterías metálicas, este es el conocimiento más reciente", dijo. "Este es un trabajo que puede tener un gran impacto".
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