Para que los vehículos eléctricos EV se conviertan en la corriente principal, necesitan baterías rentables, más seguras y duraderas que no exploten durante el uso ni dañen el medio ambiente. Los investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia pueden haber encontrado una alternativa prometedora parabaterías de iones de litio convencionales hechas de un material común: caucho.
Los elastómeros, o cauchos sintéticos, se utilizan ampliamente en productos de consumo y tecnologías avanzadas como la electrónica portátil y la robótica blanda debido a sus propiedades mecánicas superiores. Los investigadores descubrieron que el material, cuando se formulaba en una estructura 3D, actuaba como una autopista paratransporte rápido de iones de litio con una resistencia mecánica superior, lo que resulta en baterías de carga más prolongadas que pueden llegar más lejos.La investigación, realizada en colaboración con el Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea, se publicó el miércoles en la revista Naturaleza.
En las baterías de iones de litio convencionales, los iones se mueven mediante un electrolito líquido. Sin embargo, la batería es intrínsecamente inestable: incluso el más mínimo daño puede filtrarse en el electrolito y provocar una explosión o un incendio. Los problemas de seguridad han obligado a la industria a buscaren baterías de estado sólido, que pueden fabricarse con material cerámico inorgánico o polímeros orgánicos.
"La mayor parte de la industria se está enfocando en construir electrolitos inorgánicos de estado sólido. Pero son difíciles de fabricar, costosos y no son amigables con el medio ambiente", dijo Seung Woo Lee, profesor asociado en la Escuela de Ingeniería Mecánica George W. Woodruff,quien forma parte de un equipo de investigadores que ha descubierto un polímero orgánico a base de caucho superior a otros materiales. Los electrolitos de polímeros sólidos continúan atrayendo un gran interés debido a su bajo costo de fabricación, no toxicidad y naturaleza blanda. Sin embargo, los electrolitos de polímeros convencionales nono tienen suficiente conductividad iónica y estabilidad mecánica para un funcionamiento fiable de las baterías de estado sólido.
El diseño 3D novedoso conduce a un aumento en la densidad de energía y el rendimiento
Los ingenieros de Georgia Tech han resuelto problemas comunes transporte lento de iones de litio y propiedades mecánicas deficientes utilizando electrolitos de caucho. El avance clave fue permitir que el material formara una fase de cristal plástico interconectado tridimensional 3D dentro de la matriz de caucho resistenteEsta estructura única ha dado como resultado una alta conductividad iónica, propiedades mecánicas superiores y estabilidad electroquímica.
Este electrolito de caucho se puede fabricar usando un proceso de polimerización simple en condiciones de baja temperatura, lo que genera interfaces sólidas y suaves en la superficie de los electrodos. Estas características únicas de los electrolitos de caucho evitan el crecimiento de dendritas de litio y permiten que los iones se muevan más rápido, lo que permite un funcionamiento confiablede baterías de estado sólido incluso a temperatura ambiente.
"El caucho se ha utilizado en todas partes debido a sus altas propiedades mecánicas, y nos permitirá fabricar baterías más baratas, más confiables y más seguras", dijo Lee.
"Una conductividad iónica más alta significa que puede mover más iones al mismo tiempo", dijo Michael Lee, investigador graduado en ingeniería mecánica. "Al aumentar la energía específica y la densidad de energía de estas baterías, puede aumentar el kilometraje del EV".
Los investigadores ahora están buscando formas de mejorar el rendimiento de la batería aumentando su tiempo de ciclo y disminuyendo el tiempo de carga a través de una conductividad iónica aún mejor. Hasta ahora, sus esfuerzos han visto una mejora del doble en el rendimiento/tiempo de ciclo de la batería.
El trabajo podría mejorar la reputación de Georgia como centro de innovación de vehículos eléctricos. SK Innovation, una empresa mundial de energía y petroquímica, está financiando investigaciones adicionales del material electrolítico como parte de su colaboración continua con el Instituto para construir dispositivos de estado sólido de última generación.SK Innovation anunció recientemente la construcción de una nueva planta de baterías para vehículos eléctricos en Commerce, Georgia, que se espera que produzca un volumen anual de baterías de iones de litio equivalente a 21,5 gigavatios-hora para 2023..
"Las baterías de estado sólido pueden aumentar drásticamente el kilometraje y la seguridad de los vehículos eléctricos. Las empresas de baterías de rápido crecimiento, incluida SK Innovation, creen que la comercialización de baterías de estado sólido cambiará las reglas del juego en el mercado de vehículos eléctricos,", dijo Kyounghwan Choi, director del centro de investigación de baterías de próxima generación de SK Innovation. "A través del proyecto en curso en colaboración con SK Innovation y el profesor Seung Woo Lee de Georgia Tech, existen grandes expectativas para la rápida aplicación y comercialización de baterías de estado sólido.baterías."
Fuente de la historia:
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Georgia. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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