Donde las cosas se ponen difíciles es donde la ciencia interesante sucede en un laboratorio de la Universidad de Rice que trabaja para mejorar la tecnología de la batería.
Utilizando técnicas similares a las que emplearon para desarrollar el grafeno inducido por láser, el químico de Rice James Tour y sus colegas convirtieron la cinta adhesiva en una película de óxido de silicio que reemplaza los ánodos problemáticos en las baterías de metal de litio.
Para el estudio de Advanced Materials, los investigadores utilizaron un cortador láser infrarrojo para convertir el adhesivo a base de silicona de la cinta comercial en el revestimiento de óxido de silicio poroso, mezclado con una pequeña cantidad de grafeno inducido por láser del respaldo de poliimida de la cinta.La capa de óxido de silicio se forma directamente en el colector actual de la batería.
La idea de usar cinta surgió de intentos anteriores de producir películas independientes de grafeno inducido por láser, dijo Tour. A diferencia de las películas de poliimida pura, la cinta produjo no solo grafeno inducido por láser a partir del respaldo de poliimida, sino también una película translúcida dondeel adhesivo había sido. Eso captó la curiosidad de los investigadores y condujo a una mayor experimentación.
La capa se formó cuando pegaron la cinta a un colector de corriente de cobre y la duraron varias veces para elevar rápidamente su temperatura a 2,300 Kelvin 3,680 grados Fahrenheit. Eso generó un recubrimiento poroso compuesto principalmente de silicio y oxígeno, combinado con un pequeñocantidad de carbono en forma de grafeno.
En los experimentos, la película espumosa pareció absorber y liberar litio metálico sin permitir la formación de dendritas, protuberancias puntiagudas, que pueden provocar un cortocircuito en una batería y provocar incendios. Los investigadores observaron que el litio metálico tiende a degradarse rápidamente durantelos ciclos de carga y descarga de la batería con el colector de corriente desnudo, pero no se observaron tales problemas en los ánodos recubiertos con óxido de silicio inducido por láser LI-SiO.
"En las baterías de iones de litio tradicionales, los iones de litio se intercalan en una estructura de grafito al cargarse y se intercalan a medida que la batería se descarga", dijo el autor principal Weiyin Chen, un estudiante graduado de Rice. "Se utilizan seis átomos de carbono para almacenar unoátomo de litio cuando se utiliza la capacidad total de grafito.
"Pero en un ánodo de metal de litio, no se usa grafito", dijo. "Los iones de litio se transportan directamente desde la superficie del ánodo de metal a medida que la batería se descarga. Los ánodos de metal de litio se consideran una tecnología clave para el futuro desarrollo de baterías una vezsus problemas de seguridad y rendimiento están resueltos "
Los ánodos de metal de litio pueden tener una capacidad 10 veces mayor que las baterías tradicionales de iones de grafito-litio. Pero las baterías de metal de litio que carecen de grafito generalmente usan un exceso de metal de litio para compensar las pérdidas causadas por la oxidación de la superficie del ánodo, dijo Tour.
"Cuando hay cero exceso de metal de litio en los ánodos, generalmente sufren una degradación rápida, produciendo células con un ciclo de vida muy limitado", dijo el coautor Rodrigo Salvatierra, un visitante académico en el laboratorio del Tour ".estas celdas 'sin ánodos' se vuelven más livianas y ofrecen un mejor rendimiento, pero con el costo de una vida corta ".
Los investigadores notaron que LI-SiO triplicó la vida útil de las baterías sobre otras baterías de metal de litio con exceso de cero. Las baterías recubiertas con LI-SiO entregaron 60 ciclos de carga y descarga al tiempo que conservaron el 70% de su capacidad.
Tour dijo que eso podría hacer que las baterías de metal de litio sean adecuadas como baterías de alto rendimiento para expediciones al aire libre o almacenamiento de alta capacidad para interrupciones a corto plazo en áreas rurales.
El uso de láseres industriales estándar debería permitir a la industria escalar para la producción en grandes áreas. Tour dijo que el método es rápido, no requiere solventes y se puede hacer en atmósfera y temperatura ambiente. Dijo que la técnica también puede producir películas para soportar nanopartículas metálicas, revestimientos protectores y filtros.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Rice . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cita esta página :