Investigadores del Instituto Suizo Paul Scherrer en Viligen PSI y ETH Zurich han desarrollado un nuevo método rentable para mejorar significativamente el rendimiento de las baterías recargables de iones de litio convencionales.
La clave del éxito fue cambiar la forma en que funciona el ánodo.
Investigadores del Instituto Suizo Paul Scherrer en Viligen PSI y ETH Zurich han desarrollado un nuevo método rentable para mejorar significativamente el rendimiento de las baterías recargables de iones de litio convencionales. La tecnología se puede escalar en tamaño, optimizando las baterías recargables para todo tipo de aplicaciones, como relojes, teléfonos inteligentes, computadoras portátiles y automóviles. Además, la capacidad de almacenamiento de la batería también se amplía considerablemente y el tiempo de carga también se acorta.
Los investigadores notaron que mejorar los componentes existentes era más beneficioso y rentable que desarrollar un diseño de batería completamente nuevo utilizando materiales nuevos. La clave del éxito del equipo en la replicación de la batería de iones de litio fue cambiar la forma en que funciona el ánodo.
El ánodo se deriva del grafito, como el carbono, y está dispuesto en escamas densas. Cuando se carga una batería de iones de litio, los iones de litio se mueven desde el cátodo, el electrodo de óxido de metal positivo, a través del electrolito hasta el ánodo. A partir de ahí, se almacena en barras de grafito. Cuando la batería está en uso, los iones de litio regresan al cátodo, pero se ven obligados a evitar las densas escamas de grafito, lo que en última instancia degrada el rendimiento de la batería.
Si las escamas se disponen verticalmente durante el proceso de fabricación del ánodo, las escamas son paralelas entre sí y apuntan en la dirección del cátodo desde el plano del electrodo. Como resultado, se evita que los iones de litio sean forzados alrededor de los copos.
Durante la producción, los investigadores recubrieron escamas de grafito con nanopartículas de óxido de hierro sensibles al campo magnético y las suspendieron en etanol. Los copos magnetizados suspendidos se exponen luego a un campo magnético de 100 militesla (aproximadamente la fuerza de un imán de refrigerador).
“Al girar el imán durante este proceso, las plaquetas no solo se alinean verticalmente, sino que también se forman paralelas entre sí como libros en un estante. Minimiza las distancias de difusión que deben observarse”, dice André Studart, líder del equipo de investigación en ETH Zúrich.
Si el imán permanece encendido durante el proceso de secado, las plaquetas pueden mantener su nueva orientación incluso cuando se retiran de la suspensión de etanol. La capacidad de almacenamiento también aumenta, ya que los copos son paralelos en lugar de compactos y aleatorios, lo que permite que los iones de litio fluyan con mayor facilidad y rapidez, lo que permite que se acoplen más iones durante el proceso de carga.