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Los investigadores crean un componente de batería de próxima generación con infusión de grafeno

Los investigadores crean un componente de batería de próxima generación con infusión de grafeno


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Un equipo de investigadores de la Universidad de Brown ha descubierto una forma de utilizar el grafeno para duplicar la dureza de un material cerámico utilizado para fabricar baterías de iones de litio de estado sólido.

El método tiene el potencial de traer los beneficios de las baterías de estado sólido, que reemplazan los electrolitos líquidos en las baterías actuales, al mercado masivo.

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Baterías de iones de litio de estado sólido

En las últimas semanas hemos visto noticias sobre baterías de iones de sodio y una nueva batería de fase cuántica para la computación cuántica. Ahora, una nueva estrategia para crear baterías de iones de litio de estado sólido más seguras y resistentes proporciona otra innovación en el mundo en rápido crecimiento de los dispositivos electrónicos, vehículos y componentes de baterías.

"Existe un gran interés en reemplazar los electrolitos líquidos en las baterías actuales con materiales cerámicos porque son más seguros y pueden proporcionar una mayor densidad de energía", explicó en una prensa Christos Athanasiou, investigador postdoctoral en la Escuela de Ingeniería de Brown y autor principal de la investigación. lanzamiento.

"Hasta ahora, la investigación sobre electrolitos sólidos se ha centrado en optimizar sus propiedades químicas. Con este trabajo, nos centramos en las propiedades mecánicas, con la esperanza de hacerlas más seguras y prácticas para un uso generalizado".

El problema de los electrolitos líquidos

El electrolito de una batería es la barrera entre el cátodo y el ánodo de una batería a través del cual fluyen los iones de litio durante la carga o descarga. Aunque los electrolitos líquidos funcionan bastante bien y se encuentran en la mayoría de las baterías hoy en día, plantean algunos problemas.

A altas corrientes, se pueden formar pequeños filamentos de metal de litio dentro de los electrolitos, provocando un cortocircuito en las baterías. El hecho de que los electrolitos líquidos sean muy inflamables también los hace peligrosos, ya que los cortocircuitos pueden provocar incendios.

Uno de los principales beneficios de los electrolitos de cerámica sólida es que no son inflamables. También pueden prevenir la formación de filamentos de litio, lo que permite que las baterías funcionen a corrientes más altas.

Trabajando con cerámica

Para tratar de superar el desafío de trabajar con cerámicas, que son muy frágiles y pueden fracturarse durante el proceso de fabricación, los investigadores querían ver si la infusión de grafeno en una cerámica, un nanomaterial a base de carbono súper fuerte, aumentaría la tenacidad. del material al mismo tiempo que mantiene las propiedades electrónicas necesarias para la función del electrolito.

Con este fin, Athanasiou trabajó con los profesores de ingeniería de Brown, Brian Sheldon y Nitin Padture, quienes tienen años de experiencia en el uso de nanomateriales para endurecer la cerámica para su uso en la industria aeroespacial.

"Quieres que el electrolito conduzca iones, no electricidad", dijo Padture. "El grafeno es un buen conductor eléctrico, por lo que la gente puede pensar que nos estamos disparando en el pie al poner un conductor en nuestro electrolito. Pero si mantenemos la concentración lo suficientemente baja, podemos evitar que el grafeno conduzca y aún así obtenemos el beneficio estructural ".

Más del doble de dureza

Los experimentos mostraron que el grafeno no interfirió con las propiedades eléctricas del material y que el compuesto exhibió un aumento de más del doble en la tenacidad en comparación con la cerámica sola.

En general, los resultados del estudio, que se publicó en la revista Importar, muestran que los nanocompuestos podrían proporcionar un medio para producir electrolitos sólidos más seguros con propiedades mecánicas que se pueden utilizar en dispositivos y electrodomésticos cotidianos.

En el futuro, el grupo tiene previsto probar nanomateriales, distintos del grafeno, y diferentes tipos de electrolitos cerámicos.

"Hasta donde sabemos, este es el electrolito sólido más resistente que se haya fabricado hasta la fecha", dijo Sheldon. "Creo que lo que hemos demostrado es que es muy prometedor el uso de estos compuestos en aplicaciones de batería".


Ver el vídeo: Grafeno - O Material que não devia existir - Prof. Dr. Alexandre Reily - Instituto de Física - UNESP (Mayo 2022).