Con las preocupaciones sobre el cambio climático, un número cada vez mayor de investigadores se está enfocando actualmente en mejorar los vehículos eléctricos EV para convertirlos en una alternativa más atractiva a los autos de gasolina convencionales. La mejora de la batería de los EV es un tema clave para atraer más unidades. Además de la seguridad, la autonomía y la durabilidad, la mayoría de la gente quiere rapidez en la carga. Actualmente, se necesitan 40 minutos con los vehículos eléctricos de última generación, mientras que los autos a gasolina se pueden 'recargar' en no más de cinco minutos.el tiempo de carga debe ser inferior a 15 minutos para que sea una opción viable.
Como era de esperar, las baterías de iones de litio LIB, que se utilizan en todas partes con dispositivos electrónicos portátiles, han sido reconocidas como una opción en el campo de los vehículos eléctricos, y siempre se están buscando nuevas estrategias para mejorar su rendimiento. Una forma de acortar elEl tiempo de carga de los LIBs consiste en aumentar la velocidad de difusión de los iones de litio, lo que a su vez se puede lograr aumentando la distancia entre capas en los materiales a base de carbono utilizados en el ánodo de la batería. Si bien esto se ha logrado con cierto éxito mediante la introducción de impurezas de nitrógeno técnicamente denominado 'dopaje con nitrógeno', no existe un método fácilmente disponible para controlar la distancia entre capas o para concentrar el elemento de dopaje.
En este contexto, un equipo de científicos del Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Japón JAIST desarrolló recientemente un enfoque para la fabricación de ánodos que podría conducir a una carga extremadamente rápida de LIB. El equipo, dirigido por el profesor Noriyoshi Matsumi, consiste endel profesor Tatsuo Kaneko, el profesor principal Rajashekar Badam, el especialista técnico de JAIST Koichi Higashimine, el investigador investigador de JAIST Yueying Peng y la estudiante de JAIST Kottisa Sumala Patnaik, y sus hallazgos se publicaron en línea el 24 de noviembre de 2021 en Comunicaciones químicas .
Su estrategia constituye una forma relativamente simple, ambientalmente racional y altamente eficiente de producir un ánodo a base de carbono con un contenido muy alto de nitrógeno. El material precursor del ánodo es poli bencimidazol, un polímero de base biológica que se puede sintetizara partir de materias primas de origen biológico. Calcinando este material térmicamente estable a 800 ° C, el equipo logró preparar un ánodo de carbono con un contenido récord de nitrógeno del 17% en peso. Verificaron la síntesis exitosa de este material, y estudiaronsu composición y propiedades estructurales utilizando una variedad de técnicas, incluida la microscopía de túnel de electrones de barrido, la espectroscopía Raman y la espectroscopía de fotoelectrones de rayos X.
Para probar el rendimiento de su ánodo y compararlo con el grafito más común, los investigadores construyeron medias celdas y celdas completas, y realizaron experimentos de carga y descarga. Los resultados fueron muy prometedores, ya que el material del ánodo propuesto resultó adecuado paracarga rápida, gracias a su cinética mejorada de iones de litio. Además, las pruebas de durabilidad mostraron que las baterías con el material de ánodo propuesto retuvieron alrededor del 90% de su capacidad inicial incluso después de 3.000 ciclos de carga-descarga a altas velocidades, lo que es considerablemente más que elcapacidad retenida por celdas basadas en grafito.
Emocionado por los resultados, el profesor Matsumi comenta: "La velocidad de carga extremadamente rápida con el material del ánodo que preparamos podría hacerlo adecuado para su uso en vehículos eléctricos. Se espera que los tiempos de carga mucho más cortos atraigan a los consumidores a elegir vehículos eléctricos en lugar de vehículos a gasolina,lo que en última instancia conduce a entornos más limpios en todas las ciudades importantes del mundo ".
Otra ventaja notable del material de ánodo propuesto es el uso de un polímero de base biológica en su síntesis. Como tecnología baja en carbono, el material conduce naturalmente a un efecto sinérgico que reduce el CO 2 más emisiones. Además, como comenta el profesor Matsumi, "el uso de nuestro enfoque avanzará en el estudio de las relaciones estructura-propiedad en los materiales del ánodo con capacidades rápidas de carga y descarga".
Las modificaciones a la estructura del precursor del polímero podrían conducir a un rendimiento aún mejor, lo que podría ser relevante para las baterías no solo de los vehículos eléctricos, sino también de los dispositivos electrónicos portátiles. Por último, el desarrollo de baterías de alta duración reducirá el consumo global de rarasmetales, que son recursos no renovables.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Japón . Nota: el contenido puede editarse por estilo y longitud.
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