Los nanotubos de carbono podrían revolucionar las baterías de iones de litio, dijeron los investigadores

Las baterías de iones de litio se han convertido ahora en un importante dispositivo de almacenamiento de energía, desde teléfonos móviles hasta vehículos eléctricos. Ahora, la investigación muestra cómo hacerlos más ecológicos y empoderados. Utilizando nanotubos de carbono, un equipo de científicos indios de la Universidad de Clemson en los Estados Unidos eliminó la necesidad de disolventes orgánicos tóxicos en las baterías tradicionales.

"Los electrodos de batería de iones de litio se han fabricado tradicionalmente con disolventes orgánicos llamados N-metilpirrolidona o NMP. Se utiliza NMP porque es altamente compatible con papel de aluminio recubierto con materiales de batería", explicó Lakshman Ventragrada, autor principal de ACS Omega. "La NMP es cara y tóxica. De hecho, cada unidad de fabricación suele utilizar un sistema de recuperación de disolvente que cuesta más de $ 1 millón para recuperar la NMP. Nuestro objetivo es reemplazar la NMP con agua y lograr un mejor rendimiento de la batería".

Aunque el agua se ha utilizado anteriormente como disolvente, su alta tensión superficial a menudo hace que el electrodo de la batería se separe del papel de aluminio inferior cuando está seco. El equipo utilizó bosques de nanotubos de carbono dispuestos verticalmente (carbono de espesor atómico enrollado en cilindros) para recubrir el papel de aluminio y lograr una acción capilar cavernosa.

Bosque de nanotubos

"El bosque de nanotubos de carbono tiene solo 10-30 micrones de largo y se puede colocar verticalmente sobre aluminio. Podemos cultivar nanotubos de carbono directamente en papel de aluminio a bajas temperaturas utilizando un proceso de deposición de vapor químico especial para rizar", explica el profesor Ramakrishna Podila, profesor asistente de física en la Universidad de Clemson, y los autores del artículo correspondiente. Los nanotubos también se pueden rociar sobre aluminio. Estas láminas de aluminio recubiertas de nanotubos se pueden integrar directamente en las unidades de fabricación de baterías de iones de litio existentes porque no necesitan realizar ningún cambio en el equipo existente más que reemplazar los solventes con agua. "

Luego, el equipo utilizó un material activo de litio llamado fosfato de hierro y litio o LFP para mezclar con el adhesivo en agua para hacer un electrodo de batería en el papel de aluminio recubierto con nanotubos de carbono. El adhesivo ayuda a que el material activo se adhiera firmemente a la lámina de abajo.

Energía y energía de la batería

Durante la carga, las baterías de iones de litio transmiten iones de litio de materiales activos de litio en un lado y los atrapan en electrodos de grafito en el otro lado. Durante la descarga, los iones de litio abandonan el grafito y regresan a los dispositivos de suministro de energía de material activo de iones de litio, como teléfonos móviles o computadoras portátiles. El rendimiento de la batería se mide en dos cosas: energía y energía.

La energía es proporcional a la cantidad total de electricidad que puede soportar la batería, es decir, la cantidad de iones de litio capturados, y la potencia está relacionada con la velocidad a la que los iones de litio pueden transmitirse en la batería. La necesidad de horas es baterías de alta potencia y alta energía.

Alta tasa de descarga

En las baterías de iones de litio convencionales, la carga rápida de alta potencia calienta el electrodo y destruye el aglutinante de polímero, lo que ayuda a que el material activo de litio se adhiera al papel de aluminio. Este es uno de los modos más comunes de falla de la batería y no puede alcanzar una potencia alta sin dañar la energía total de la batería. Pero la nueva batería del equipo puede soportar alta energía (600mA / go 500 veces en 15 minutos) y tiene una densidad de energía de al menos un 35-50% más alta.

"Nuestro enfoque escalable de nanotubos ha reducido considerablemente los costos. Además, el agua se utiliza para hacerlo más ecológico. Debido a que el carbono es liviano, no aumenta la calidad de la batería", agregó Podila. "Esperamos que esto conduzca a baterías de iones de litio más baratas y mejores en el futuro ".

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