Un equipo de investigadores de la Universidad Shinshu en Nagano, Japón, ahora está más cerca de una batería delgada de iones de litio de alta capacidad que podría abrir las puertas a mejores sistemas de almacenamiento de energía para vehículos eléctricos.
El equipo de investigación fue dirigido por el profesor Katsuya Teshima, director del Centro de Energía y Ciencias Ambientales en lo sucesivo denominado CEES en la Universidad de Shinshu en Japón. Publicaron sus ideas en línea en agosto en Informes científicos .
"Las baterías de iones de litio son sistemas de almacenamiento de energía muy prometedores para vehículos eléctricos que requieren densidades de energía relativamente altas", dijo el autor del estudio, Nobuyuki Zettsu, profesor del CEES y del Departamento de Química de Materiales de la Universidad de Shinshu ".sus altos voltajes de operación comúnmente resultan en la descomposición oxidativa de la superficie del electrodo, lo que posteriormente promueve varias reacciones secundarias ".
Las baterías de iones de litio almacenan mucha energía, pero la fuerza que se necesita para hacer que la batería disperse la energía es demasiado, de hecho, tanto que el daño resultante hace que la batería pierda capacidad de almacenamiento.
Para combatir este problema, Zettsu y sus colegas examinaron las propiedades eléctricas y electroquímicas del cátodo de alto voltaje > 4.8 V, vs Li + / Li, donde los electrones ingresan a la celda de la batería.
"Muchos investigadores han intentado mitigar la pérdida de capacidad observada mediante la reducción del área de contacto directo", dijo Zettsu, señalando proyectos de investigación en los que los científicos cubrieron la superficie del cátodo con diferentes materiales en un intento por reducir la erosión ".Se han realizado estudios fundamentales para investigar los efectos de la modificación del revestimiento de la superficie; sin embargo, ninguno de ellos condujo a una mejora considerable del rendimiento de las celdas de batería basadas en cátodos de alto voltaje ".
Zettsu puede haber cambiado el rumbo de los modificadores de superficie mediante el uso de una monocapa autoensamblada. Su equipo aplicó una capa ultrafina de fluoroalquilsilano a la superficie de los cátodos. El fluoroalquilsilano, un tipo de silicona, se organiza en la mayoríaDisposición eficiente para conducir iones de litio y aislar electrones mientras se mantiene solo un átomo de espesor.
"Descubrimos ... que recubrir la superficie del material activo con una monocapa autoensamblada ... promovió un transporte eficiente dentro de los electrodos, al tiempo que suprimió las reacciones secundarias que se producen en la interfaz del electrodo y el electrolito", dijo Zettsu."Este recubrimiento proporcionó una mejora tanto en la densidad de potencia como en la ciclabilidad en las baterías de iones de litio de alto voltaje".
Los investigadores vieron que el contacto directo entre el cátodo y el electrolito que ingresaba a la batería se redujo al mínimo, y que la capacidad de la batería no se degradó incluso después de un ciclo cien veces.
"Los recubrimientos de monocapa autoensamblados depositados redujeron la barrera de activación para la transferencia de iones de litio y los iones estabilizados cerca de la superficie, lo que afectó positivamente las reacciones electroquímicas que ocurren en la interfaz entre el electrodo y el electrolito", dijo Zettsu. "La estabilización de la superficielos recubrimientos representan una tecnología innovadora para el desarrollo de materiales de cátodo de alto voltaje sin la limitación del dilema electroquímico de eficiencia versus estabilización ".
Sin embargo, dijo Zettsu, los efectos completos producidos por el recubrimiento de la superficie en el sistema de batería completa deben examinarse con mayor detalle para comprender mejor los posibles efectos secundarios negativos.
"Nuestros resultados pueden proporcionar nuevas direcciones para diseñar baterías de iones de litio basadas en sistemas de alto voltaje con un rendimiento electroquímico superior", dijo Zettsu.
Zettsu planea introducir esta tecnología de tratamiento de superficies en el mercado para 2022 en cooperación con los fabricantes de automóviles y celdas, con el objetivo de crear baterías de alta energía que también sean amigables con el medio ambiente.
"Debido a las regulaciones ambientales del mundo, el impulso hacia los automóviles eléctricos e híbridos avanza a un ritmo constante. El nivel de rendimiento requerido para las baterías de iones de litio es muy alto", dijo Zettsu. "Actualmente, estamos trabajando en la fabricación de baterías realesceldas para vehículos híbridos enchufables y vehículos eléctricos con batería que utilizan el proceso de recubrimiento y experimentos en modos de conducción automática ".
Este trabajo fue apoyado por la Agencia de Ciencia y Tecnología de Japón y la Sociedad Japonesa para la Promoción de la Ciencia.
Otros contribuyentes incluyen a Dae-Wook Kim, Shuhei Uchida, Hiromasa Shiiba y Katsuya Teshima, todos los cuales están afiliados al Departamento de Química de Materiales de la Universidad de Shinshu. Teshima es el director del Centro de Energía y Ciencias Ambientales de la Universidad de Shinshu.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Universidad de Shinshu . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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