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  • Hacer baterías de iones de litio más seguras y potentes requiere la receta correcta

    Ingenieros de la Universidad de Purdue, incluido el candidato a doctorado Daniel Robles (mostrado aquí), están descubriendo más sobre cómo funcionan las baterías de iones de litio, información que debería ayudar a y baterías de mayor duración. Crédito:Foto de la Universidad de Purdue / Jared Pike

    Un equipo de la Universidad de Purdue ha publicado una investigación que examina la relación entre los elementos activos e inactivos de las baterías de iones de litio, y cómo la micro y nanoestructura de sus respectivos ingredientes se refleja en el rendimiento y la seguridad de las baterías.

    El estudio apareció recientemente en la portada de la revista. Interfaces y materiales aplicados ACS .

    "Las baterías recargables están en todas partes, "dijo Partha Mukherjee, profesor asociado de ingeniería mecánica, e investigador principal de la investigación. "Probablemente llevamos dos o tres dispositivos electrónicos portátiles con nosotros en todo momento. Pero las interacciones entre los diferentes elementos de la batería en sí todavía no se comprenden claramente. Mi investigación espera cerrar esa brecha".

    En el laboratorio de Mukherjee, el Laboratorio de Ciencias de la Energía y el Transporte (ETSL), los investigadores estudian todas las formas de transporte y almacenamiento de energía, incluyendo baterías y pilas de combustible. Utilizan modelos informáticos para proponer nuevas configuraciones de los elementos constituyentes involucrados y luego prueban diferentes fenómenos en el laboratorio.

    "Es como hornear un pastel, "dijo Aashutosh Mistry, un doctorado candidato en ingeniería mecánica. "¿Cuánta masa debes usar? ¿Cuánta cereza debes poner para que sepa bien? De la misma manera, miramos las proporciones fundamentales, o la receta, de estos electrodos de batería. Cualquier cosa que cambie en la microescala termina afectando el rendimiento general ".

    Crédito:Universidad Purdue

    "Tomemos los vehículos eléctricos, por ejemplo, "dijo Mukherjee." La gente está interesada en tres cosas. Rendimiento:¿qué tan rápido puedo conducir mi coche? Vida:¿cuánto tiempo puedo conducir mi coche antes de recargarlo? Y finalmente, preocupaciones de seguridad. Hemos visto fallar estas baterías públicamente de formas espectaculares, explotando en teléfonos inteligentes y coches eléctricos. Entonces, los tres aspectos:rendimiento, vida, y seguridad - son muy importantes. Puede ser un equilibrio complicado conseguir que todo salga bien ".

    A veces, su laboratorio trabaja para recrear las fallas espectaculares a propósito. En un coche eléctrico típico, las baterías no son una unidad masiva, pero miles de células individuales conectadas entre sí. Si uno falla, ¿Qué pasa con los demás cerca? Para una prueba, un módulo de muestra de 24 celdas (aproximadamente del tamaño de un ladrillo) se sobrecargó a propósito. Una celda explotó lo que llevó a una reacción en cadena donde todas las células se incendiaron.

    "La temperatura y la presión dentro de una celda aumentaron tanto, derritió la carcasa de metal, que se incendió, "dijo el candidato a doctorado Daniel Robles, mientras sostenía una bolsa de plástico con los restos carbonizados. "En un coche eléctrico, hay varios miles de estas células, ¡y estos se encuentran debajo de su asiento! Por eso es importante comprender los fundamentos de estos fenómenos, para que podamos evitar que suceda ".

    Las baterías recargables suelen contener un electrodo positivo y un electrodo negativo, que consiste en "material activo" para almacenar litio. Entre los dos electrodos hay un separador, y hay electrolito líquido en todas partes, para transportar iones de litio. Finalmente, una combinación de materiales electroquímicamente inactivos, tales como aditivos conductores y aglutinantes (denominados "fase secundaria") ayudan a dar forma a los ingredientes físicos en los electrodos porosos compuestos y mejoran la conductividad eléctrica. En la investigación publicada, Mukherjee y su equipo examinan la relación entre el material activo y la fase secundaria a micro y nanoescala:la porosidad, las formas físicas, y sus interacciones entre sí. La alteración de cualquiera de estas características da como resultado cambios significativos en el rendimiento general de la batería.

    "Todavía estamos en una etapa incipiente en la comprensión de estas complejas interacciones, "Dijo Mukherjee." Pero esa es la clave de nuestra investigación. Conectamos lo que está sucediendo a micro y nanoescala con el rendimiento de la batería, vida, y seguridad."

    Y a medida que las baterías recargables se vuelven más frecuentes, su investigación se vuelve aún más vital. "Las baterías se utilizan en todas partes, desde la electrónica portátil hasta los vehículos, e incluso en redes eléctricas a gran escala. Este es un gran y emocionante momento para investigar el almacenamiento de energía ".


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