Mihri y Cengiz Ozkan, autores de la arquitectura 3D para ánodos de baterías de la UC Riverside. Fuente: UC Riverside.
Investigadores del Bourns College of Engineering de la Universidad de California en Riverside (UCR), EEUU, han desarrollado una arquitectura tridimensional de nanotubos de carbono, con forma de cono y decorada con silicio, para los ánodos de las baterías de iones de litio, que podría acelerar mucho la carga de los dispositivos electrónicos portátiles.
De las horas que tardan ahora en cargarse pasarían a los 10 minutos, según publica la UCR en un comunicado.
Las baterías de iones de litio son baterías recargables destinadas al suministro energético tanto de dispositivos electrónicos portátiles como de vehículos eléctricos. Pero, presentan problemas.
Por ejemplo, en los vehículos eléctricos son responsables de una parte significativa de la masa de dichos vehículos. Y, en los dispositivos electrónicos portátiles, limitan la tendencia a reducir el tamaño de estos.
La importancia del silicio
El silicio, usado en este desarrollo, es un material que se contempla mucho para la fabricación de los ánodos de las baterías de ion litio porque aumenta notablemente la capacidad total de carga de estos, con respecto al grafito, que es el material usado para la fabricación de los ánodos desde 1940.
Así, en una batería de celdas, la sustitución del ánodo de grafito por un ánodo de silicio puede resultar en un aumento del 63% de la capacidad total de carga, con una reducción del tamaño y del peso del 40%.
De las horas que tardan ahora en cargarse pasarían a los 10 minutos, según publica la UCR en un comunicado.
Las baterías de iones de litio son baterías recargables destinadas al suministro energético tanto de dispositivos electrónicos portátiles como de vehículos eléctricos. Pero, presentan problemas.
Por ejemplo, en los vehículos eléctricos son responsables de una parte significativa de la masa de dichos vehículos. Y, en los dispositivos electrónicos portátiles, limitan la tendencia a reducir el tamaño de estos.
La importancia del silicio
El silicio, usado en este desarrollo, es un material que se contempla mucho para la fabricación de los ánodos de las baterías de ion litio porque aumenta notablemente la capacidad total de carga de estos, con respecto al grafito, que es el material usado para la fabricación de los ánodos desde 1940.
Así, en una batería de celdas, la sustitución del ánodo de grafito por un ánodo de silicio puede resultar en un aumento del 63% de la capacidad total de carga, con una reducción del tamaño y del peso del 40%.
Ventajas conseguidas
En lo que respecta a la nueva arquitectura creada por los investigadores de la UCR, las baterías de iones de litio basadas en ella han demostrado las siguientes ventajas: una gran capacidad reversible (fase de recarga) y una excelente estabilidad cíclica.
Además, la arquitectura ha demostrado proporcionar una excelente estabilidad electroquímica e irreversibilidad, incluso a altas tasas de carga y descarga; así como una velocidad de recarga casi 16 veces mayor que la de los ánodos basados en grafito.
Los investigadores creen que esta velocidad ultrarrápida de carga y descarga se puede atribuir a la mejora en la integridad de los contactos internos del sistema, que facilitaría la transferencia térmica y de carga en los electrodos; y la forma de cono de la arquitectura, con pequeños canales interpenetrantes para el acceso más rápido entre electrolito y electrodo, que mejora la tasa de rendimiento.
Esta arquitectura fue fabricada mediante el sistema de deposición química de vapor (un proceso químico utilizado para producir productos de alta pureza y de alto rendimiento de materiales sólidos) y un tratamiento de plasma inductivamente acoplado.
Más opciones tridimensionales
En 2011, otro equipo de científicos estadounidenses, en este caso de la Universidad de Illinois, desarrollaron una nanoestructura, también tridimensional, para baterías, que igualmente permitría que éstas se cargasen en cuestión de minutos.
Entonces demostraron que, con su sistema, los electrodos de las baterías se podían cargar y descargar en tan sólo unos segundos (entre 10 y 100 veces más rápido de lo normal), y aún así funcionar normalmente en aparatos ya existentes.
En lo que respecta a la nueva arquitectura creada por los investigadores de la UCR, las baterías de iones de litio basadas en ella han demostrado las siguientes ventajas: una gran capacidad reversible (fase de recarga) y una excelente estabilidad cíclica.
Además, la arquitectura ha demostrado proporcionar una excelente estabilidad electroquímica e irreversibilidad, incluso a altas tasas de carga y descarga; así como una velocidad de recarga casi 16 veces mayor que la de los ánodos basados en grafito.
Los investigadores creen que esta velocidad ultrarrápida de carga y descarga se puede atribuir a la mejora en la integridad de los contactos internos del sistema, que facilitaría la transferencia térmica y de carga en los electrodos; y la forma de cono de la arquitectura, con pequeños canales interpenetrantes para el acceso más rápido entre electrolito y electrodo, que mejora la tasa de rendimiento.
Esta arquitectura fue fabricada mediante el sistema de deposición química de vapor (un proceso químico utilizado para producir productos de alta pureza y de alto rendimiento de materiales sólidos) y un tratamiento de plasma inductivamente acoplado.
Más opciones tridimensionales
En 2011, otro equipo de científicos estadounidenses, en este caso de la Universidad de Illinois, desarrollaron una nanoestructura, también tridimensional, para baterías, que igualmente permitría que éstas se cargasen en cuestión de minutos.
Entonces demostraron que, con su sistema, los electrodos de las baterías se podían cargar y descargar en tan sólo unos segundos (entre 10 y 100 veces más rápido de lo normal), y aún así funcionar normalmente en aparatos ya existentes.
Referencia bibliográfica:
Wei Wang, Isaac Ruiz, Kazi Ahmed, Hamed Hosseini Bay, Aaron S. George, Johnny Wang, John Butler, Mihrimah Ozkan y Cengiz S. Ozkan. Silicon Decorated Cone Shaped Carbon Nanotube Clusters for Lithium Ion Battery Anodes. Small (2014). DOI: 10.1002/smll.201400088.
Wei Wang, Isaac Ruiz, Kazi Ahmed, Hamed Hosseini Bay, Aaron S. George, Johnny Wang, John Butler, Mihrimah Ozkan y Cengiz S. Ozkan. Silicon Decorated Cone Shaped Carbon Nanotube Clusters for Lithium Ion Battery Anodes. Small (2014). DOI: 10.1002/smll.201400088.