Yuan Yang, profesor asistente de ciencia e ingeniería de materiales en Columbia Engineering, ha desarrollado un nuevo método que podría conducir a baterías de litio que son más seguras, tienen una vida útil más larga y son flexibles, proporcionando nuevas posibilidades, como teléfonos inteligentes flexibles.La técnica utiliza la plantilla de hielo para controlar la estructura del electrolito sólido para las baterías de litio que se utilizan en dispositivos electrónicos portátiles, vehículos eléctricos y almacenamiento de energía a nivel de red. El estudio se publica en línea el 24 de abril en Nano letras .
El electrolito líquido se usa actualmente en las baterías comerciales de litio y, como todos saben ahora, es altamente inflamable, causando problemas de seguridad con algunas computadoras portátiles y otros dispositivos electrónicos. El equipo de Yang exploró la idea de usar electrolito sólido como un sustituto delelectrolitos líquidos para fabricar baterías de litio de estado sólido. Estaban interesados en utilizar plantillas de hielo para fabricar estructuras alineadas verticalmente de electrolitos sólidos cerámicos, que proporcionan vías rápidas de iones de litio y son altamente conductoras. Enfriaron la solución acuosa con partículas cerámicas deel fondo y luego deja que el hielo crezca y empuje y concentre las partículas de cerámica. Luego aplicaron un vacío para hacer la transición del hielo sólido a un gas, dejando una estructura alineada verticalmente. Finalmente, combinaron esta estructura de cerámica con polímero para proporcionar soporte mecánico yflexibilidad al electrolito.
"En los dispositivos electrónicos portátiles, así como en los vehículos eléctricos, las baterías de litio flexibles de estado sólido no solo resuelven los problemas de seguridad, sino que también pueden aumentar la densidad de energía de la batería para el transporte y el almacenamiento. Y son muy prometedoras para crear materiales flexiblesdispositivos ", dice Yang, cuyo grupo de investigación se centra en el almacenamiento y conversión de energía electroquímica y la gestión de la energía térmica.
Los investigadores en estudios anteriores utilizaron partículas cerámicas dispersadas al azar en electrolitos poliméricos o electrolitos cerámicos similares a fibras que no están alineados verticalmente ". Pensamos que si combinamos la estructura alineada verticalmente del electrolito cerámico con el electrolito polímero, estaríamoscapaz de proporcionar una carretera rápida para los iones de litio y así mejorar la conductividad ", dice Haowei Zhai, estudiante de doctorado de Yang y autor principal del artículo." Creemos que esta es la primera vez que alguien utiliza el método de creación de plantillas de hielo para fabricar electrolito sólido flexible, que no es inflamable ni tóxico, en las baterías de litio. Esto abre un nuevo enfoque para optimizar la conducción de iones para las baterías recargables de próxima generación ".
Además, dicen los investigadores, esta técnica podría en principio mejorar la densidad de energía de las baterías: al usar el electrolito sólido, el electrodo negativo de la batería de litio, actualmente una capa de grafito, podría reemplazarse por metal de litio, y esto podría mejorar elenergía específica de la batería en un 60% a 70%. Yang y Zhai planean trabajar para optimizar las cualidades del electrolito combinado y ensamblar el electrolito sólido flexible junto con los electrodos de la batería para construir un prototipo de batería de litio llena.
"Esta es una idea inteligente", dice Hailiang Wang, profesor asistente de química en la Universidad de Yale. "La estructura racionalmente diseñada realmente ayuda a mejorar el rendimiento del electrolito compuesto. Creo que este es un enfoque prometedor".
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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