Yuan Yang, profesor asistente de ciencia e ingeniería de materiales en Columbia Engineering, ha desarrollado un nuevo método para aumentar la densidad de energía de las baterías de litio Li-ion. Ha construido una estructura de tres capas que es estable incluso en el aire ambiente.hace que la batería sea más duradera y más barata de fabricar. El trabajo, que puede mejorar la densidad de energía de las baterías de litio en un 10-30%, se publica en línea en Nano letras .
"Cuando las baterías de litio se cargan por primera vez, pierden entre un 5 y un 20% de energía en ese primer ciclo", dice Yang. "A través de nuestro diseño, hemos podido recuperar esta pérdida y creemos que nuestroEl método tiene un gran potencial para aumentar el tiempo de funcionamiento de las baterías para la electrónica portátil y los vehículos eléctricos ".
Durante la primera carga de una batería de litio después de su producción, una porción de electrolito líquido se reduce a una fase sólida y se reviste sobre el electrodo negativo de la batería. Este proceso, generalmente realizado antes de que las baterías se envíen desde una fábrica, es irreversibley reduce la energía almacenada en la batería. La pérdida es aproximadamente del 10% para los electrodos negativos de última generación, pero puede alcanzar hasta el 20-30% para los electrodos negativos de próxima generación con alta capacidad, como el silicio,porque estos materiales tienen una gran expansión de volumen y una gran área de superficie. La gran pérdida inicial reduce la capacidad alcanzable en una celda completa y, por lo tanto, compromete la ganancia en densidad de energía y vida útil de estos electrodos nanoestructurados.
El enfoque tradicional para compensar esta pérdida ha sido colocar ciertos materiales ricos en litio en el electrodo. Sin embargo, la mayoría de estos materiales no son estables en el aire ambiente. La fabricación de baterías en aire seco, que no tiene humedad en absoluto, esun proceso mucho más costoso que la fabricación en aire ambiente. Yang ha desarrollado una nueva estructura de electrodos de tres capas para fabricar ánodos de batería litiada en aire ambiente. En estos electrodos, protegió el litio con una capa de polímero PMMA para evitar que el litio reaccione con el airey humedad, y luego recubrió el PMMA con materiales activos como grafito artificial o nanopartículas de silicio. La capa de PMMA se disolvió en el electrolito de la batería, exponiendo así el litio a los materiales del electrodo ". De esta manera pudimos evitar cualquier contacto conel aire entre el litio inestable y un electrodo litiado ", explica Yang," por lo que el electrodo estructurado en tres capas puede funcionar en aire ambiente. Esto podría ser unavance hacia la producción en masa de electrodos de batería litiados "
El método de Yang redujo la capacidad de pérdida en electrodos de grafito de última generación del 8% al 0,3%, y en electrodos de silicio, del 13% al -15%. La cifra del -15% indica que había más litio quees necesario, y el litio "extra" puede usarse para mejorar aún más la vida útil de las baterías, ya que el exceso puede compensar la pérdida de capacidad en los ciclos posteriores. Debido a que la densidad de energía, o la capacidad, de las baterías de iones de litio ha aumentado 5-7% anual durante los últimos 25 años, los resultados de Yang apuntan a una posible solución para mejorar la capacidad de las baterías de iones de litio. Su grupo ahora está tratando de reducir el grosor del recubrimiento de polímero para que ocupe un volumen menor en la batería de litio, y para ampliar su técnica.
"Esta estructura de electrodos de tres capas es de hecho un diseño inteligente que permite el procesamiento de electrodos que contienen metal de litio en condiciones ambientales", señala Hailiang Wang, profesor asistente de química en la Universidad de Yale, que no participó en el estudio ".La eficiencia inicial de Coulombic de los electrodos es una gran preocupación para la industria de las baterías de iones de litio, y esta técnica efectiva y fácil de usar para compensar la pérdida irreversible de iones de litio atraerá interés ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Universidad de Columbia . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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