El mundo es un lugar grande, pero se ha vuelto más pequeño con el advenimiento de las tecnologías que ponen a las personas de todo el mundo en la palma de la mano. Y a medida que el mundo se ha encogido, también ha exigido que las cosas sucedan cada vez más rápidoincluido el tiempo que lleva cargar un dispositivo electrónico.
Una colaboración entre campus dirigida por Ulrich Wiesner, profesor de ingeniería en la Universidad de Cornell, aborda esta demanda con una nueva arquitectura de dispositivo de almacenamiento de energía que tiene el potencial de cargas rápidas como el rayo.
La idea del grupo: en lugar de tener el ánodo y el cátodo de las baterías a cada lado de un separador no conductor, entrelaza los componentes en una estructura girosidal 3D autoensamblable, con miles de poros a nanoescala llenos de los elementos necesarios para el almacenamiento de energía yentrega.
"Esta es realmente una arquitectura de batería revolucionaria", dijo Wiesner, cuyo trabajo del grupo, "Bloque de copolímero derivado 3-D interpenetrante Nanohíbrido girosidal multifuncional para almacenamiento de energía eléctrica", se publicó el 16 de mayo en Energía y Ciencias del Medio Ambiente , una publicación de la Royal Society of Chemistry.
"Esta arquitectura tridimensional básicamente elimina todas las pérdidas por volumen muerto en su dispositivo", dijo Wiesner. "Más importante aún, reducir las dimensiones de estos dominios interpenetrados a la nanoescala, como lo hicimos nosotros, le da órdenes de magnitud mayor potenciadensidad. En otras palabras, puede acceder a la energía en tiempos mucho más cortos que lo que se suele hacer con las arquitecturas de batería convencionales. "¿Qué tan rápido es eso? Wiesner dijo eso, debido a que las dimensiones de los elementos de la batería se reducen a la nanoescala".para cuando coloque el cable en el enchufe, en segundos, quizás incluso más rápido, la batería se cargará ".
La arquitectura para este concepto se basa en el autoensamblaje de copolímero de bloque, que el grupo Wiesner ha empleado durante años en otros dispositivos, incluida una célula solar girocidal y un superconductor giromidal. Joerg Werner, Ph.D. '15, autor principalEn este trabajo, había experimentado con dispositivos fotónicos de autoensamblaje y se preguntaba si los mismos principios podrían aplicarse a los materiales de carbono para el almacenamiento de energía.
Las películas delgadas girosidales de carbono, el ánodo de la batería, generado por el autoensamblaje del copolímero de bloque, presentaban miles de poros periódicos del orden de 40 nanómetros de ancho. Estos poros se recubrieron con un aislamiento electrónico de 10 nm de espesor.pero separador de conducción de iones a través de electropolimerización, que por la naturaleza misma del proceso produjo una capa de separación sin agujeros.
Eso es vital, ya que los defectos como agujeros en el separador son los que pueden conducir a fallas catastróficas que provocan incendios en dispositivos móviles como teléfonos celulares y computadoras portátiles.
El siguiente paso es la adición del material del cátodo, en este caso, azufre, en una cantidad que no llena el resto de los poros. Dado que el azufre puede aceptar electrones pero no conduce electricidad, el finaleste paso es rellenar con un polímero conductor de electrones, conocido como PEDOT poli [3,4-etilendioxitiofeno].
Aunque esta arquitectura ofrece una prueba de concepto, dijo Wiesner, no está exenta de desafíos. Los cambios de volumen durante la descarga y carga de la batería degradan gradualmente el colector de carga PEDOT, que no experimenta la expansión de volumen que el azufre.
"Cuando el azufre se expande", dijo Wiesner, "tienes estos pequeños trozos de polímero que se desgarran, y luego no se vuelven a conectar cuando se encogen de nuevo. Esto significa que hay piezas de la batería 3D que no puedesacceso."
El grupo todavía está perfeccionando la técnica, pero solicitó protección por patente en el trabajo de prueba de concepto.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Cornell . Original escrito por Tom Fleischman. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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