Los científicos estadounidenses utilizan tecnología de autocuración para construir baterías de iones de litio de mayor duración

Universidad de Illinois (Universidad de Illinois); Los investigadores de UI) han descubierto que se espera que un método que puede aplicar tecnología de autorreparación a las baterías de iones de litio cree baterías confiables y más duraderas.

Los investigadores han desarrollado un nuevo tipo de batería que utiliza compuestos de nanopartículas de silicio en el lado negativo de la batería y une los compuestos de una manera novedosa, un problema inherente a las células de silicio.

Nancy Sottos, profesora de ciencia e ingeniería de materiales en la Universidad de Illinois, y Scott White, profesor de ingeniería aeroespacial, dirigieron el equipo de investigación y publicaron el estudio en el Journal of Advanced Energy Materials.

Nancy Sottos, profesora de ciencia e ingeniería de materiales en la Universidad de Illinois, y Scott White, profesor de ingeniería aeroespacial, dirigieron el equipo de investigación para desarrollar nanopartículas de silicio que se pueden usar para ánodos de baterías y se espera que se utilicen para crear más Baterías fiables y de acción prolongada.

"Para los materiales autocurativos, esta investigación es bastante nueva porque se puede aplicar a materiales que almacenan energía", dijo White. "Este es un tipo de objetivo completamente diferente. Además de restaurar el rendimiento estructural, también tiene la capacidad de reparar el almacenamiento de energía".

Dentro de las baterías de iones de litio que se utilizan para alimentar dispositivos portátiles o vehículos eléctricos, los electrodos o ánodos cargados negativamente suelen estar hechos de compuestos de partículas de grafito. Estas baterías funcionan bien, pero tardan mucho en encenderse y, a medida que pasa el tiempo, la duración de la carga es la misma que la de la batería nueva.

"El silicio tiene una capacidad muy alta, y esta alta capacidad le permite obtener más energía de la batería, pero debido al ciclo de la batería y su autopolinización, también experimenta mucha expansión".

Estudios anteriores han encontrado que los ánodos de las baterías hechos de partículas de silicio de tamaño nanométrico tienen menos probabilidades de descomponerse, pero existen otros problemas.

"La batería se carga y descarga continuamente, una, dos, tres veces hasta la pérdida de capacidad final, porque las partículas de silicio comienzan a desprenderse del aglutinante", dijo White. "

Para resolver este problema, el equipo de investigación mejoró aún más el ánodo de silicio dándole la capacidad de repararse a sí mismo. Este fenómeno de autorreparación se produce a través del enlace químico reversible entre las nanopartículas de silicio y los adhesivos poliméricos.

"Este proceso de unión dinámica esencialmente mantiene las partículas de silicio junto con los adhesivos poliméricos, mejorando significativamente el rendimiento a largo plazo del electrodo", dijo Sottos.

Los investigadores probaron baterías nuevas que no usaban enlaces químicos reversibles y encontraron que podían mantener el 80% de su capacidad inicial incluso después de 400 ciclos de carga.

Estas baterías también tienen una mayor densidad de energía, lo que significa que almacenan más electricidad que las baterías de ánodo de grafito del mismo tamaño.

"Cuanto mayor sea la densidad de energía, mejor. Otra opción es agregar más baterías, pero esto agrega mucho peso, especialmente porque los autos eléctricos enfrentan tales problemas", dijo Sottos.

La investigación futura incluirá observar cómo funciona esta técnica de autocuración con baterías de estado sólido, dijeron los investigadores. Se insta a los científicos a mirar en esta dirección en accidentes recientes en los que los líquidos de las baterías de iones de litio se han encendido espontáneamente o incluso han explotado.

El proyecto de investigación está patrocinado por el Centro de Ciencias de la Energía Electroquímica, un centro de investigación de energía avanzada financiado por la Oficina de Ciencias y Ciencias de la Energía Básica del Departamento de Energía de EE. UU.

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