Una sección transversal de micrografía electrónica muestra papel de aluminio recubierto con óxido de cobalto de litio, un material común en las baterías de iones de litio. Crédito:Imagen cortesía de Hailong Ning y Jerome Davis III, Xerion Advanced Battery Corp.
El proceso que hace joyas chapadas en oro o acentos cromados para automóviles ahora está produciendo potentes baterías de iones de litio.
Investigadores de la Universidad de Illinois, Xerion Advanced Battery Corporation y la Universidad de Nanjing en China desarrollaron un método para galvanizar cátodos de baterías de iones de litio, rendimiento de alta calidad, Materiales de batería de alto rendimiento que también podrían abrir la puerta a baterías flexibles y de estado sólido.
"Este es un enfoque completamente nuevo para la fabricación de cátodos de batería, lo que resultó en baterías con formas y funcionalidades previamente inalcanzables, "dijo Paul V. Braun, profesor de ciencia e ingeniería de materiales y director del Laboratorio de Investigación de Materiales Frederick Seitz en Illinois. Codirigió el grupo de investigación que publicó sus hallazgos en la revista. Avances de la ciencia .
Los cátodos de baterías de iones de litio tradicionales utilizan polvos que contienen litio formados a altas temperaturas. El polvo se mezcla con aglutinantes similares a pegamento y otros aditivos en una suspensión, que se extiende sobre una fina hoja de papel de aluminio y se seca. La capa de lechada debe ser fina, por lo que las baterías están limitadas en la cantidad de energía que pueden almacenar. El pegamento también limita el rendimiento.
El método de galvanoplastia podría permitir flexibilidad, diseños de baterías tridimensionales. Este papel de aluminio plateado se enrolla sin agrietarse. Crédito:Imagen cortesía de Hailong Ning y Jerome Davis III, Xerion Advanced Battery Corp.
"El pegamento no está activo. No aporta nada a la batería, y obstaculiza el flujo de electricidad en la batería, "dijo el coautor Hailong Ning, el director de investigación y desarrollo de Xerion Advanced Battery Corporation en Champaign, una empresa de nueva creación cofundada por Braun. "Tienes todo este material inactivo ocupando espacio dentro de la batería, mientras que el mundo entero está tratando de obtener más energía y potencia de la batería ".
Los investigadores pasaron por alto el proceso de polvo y pegamento al galvanizar directamente los materiales de litio sobre el papel de aluminio.
Dado que el cátodo galvanizado no tiene ningún pegamento que ocupe espacio, contiene un 30 por ciento más de energía que un cátodo convencional, según el papel. También puede cargarse y descargarse más rápido, ya que la corriente puede pasar directamente a través de él y no tener que navegar alrededor del pegamento inactivo o a través de la estructura porosa de la lechada. También tiene la ventaja de ser más estable.
Adicionalmente, el proceso de galvanoplastia crea materiales cátodos puros, incluso a partir de ingredientes de partida impuros. Esto significa que los fabricantes pueden utilizar materiales de menor costo y calidad y el producto final seguirá teniendo un alto rendimiento. eliminando la necesidad de comenzar con materiales costosos ya llevados al grado de batería, Dijo Braun.
La galvanoplastia se puede aplicar a texturizados, sustratos tridimensionales o flexibles, abriendo la puerta a nuevos diseños de baterías. El lado derecho de este cuarto estaba revestido con óxido de cobalto y litio. Crédito:Hailong Ning y Jerome Davis III, Xerion Advanced Battery Corp.
"Este método abre la puerta a cátodos de batería flexibles y tridimensionales, Dado que la galvanoplastia implica sumergir el sustrato en un baño líquido para recubrirlo, "dijo el coautor Huigang Zhang, un ex científico senior en Xerion que ahora es profesor en la Universidad de Nanjing.
Los investigadores demostraron la técnica en espuma de carbono, un peso ligero, material económico, haciendo cátodos que eran mucho más espesos que los lodos convencionales. También lo demostraron en láminas y superficies con diferentes texturas, formas y flexibilidad.
"Estos diseños son imposibles de lograr mediante procesos convencionales, ", Dijo Braun." Pero lo que es realmente importante es que es un material de alto rendimiento y que es casi sólido. Al usar un electrodo sólido en lugar de uno poroso, puede almacenar más energía en un volumen determinado. Al final del día, la gente quiere baterías para almacenar mucha energía ".
