Es posible crear una batería de iones de litio que se pueda cargar en cuestión de minutos pero que siga funcionando a gran capacidad, según una investigación del Instituto Politécnico Rensselaer recién publicada en Comunicaciones de la naturaleza . Este desarrollo tiene el potencial de mejorar el rendimiento de la batería para la electrónica de consumo, almacenamiento de red solar, y vehículos eléctricos.

Una batería de iones de litio se carga y descarga a medida que los iones de litio se mueven entre dos electrodos, llamado ánodo y cátodo. En una batería de iones de litio tradicional, el ánodo está hecho de grafito, mientras que el cátodo está compuesto de óxido de cobalto y litio.

Estos materiales funcionan bien juntos, razón por la cual las baterías de iones de litio se han vuelto cada vez más populares, pero los investigadores de Rensselaer creen que la función se puede mejorar aún más.

"La forma de mejorar las baterías es mejorar los materiales utilizados para los electrodos, "dijo Nikhil Koratkar, profesor de mecánica, aeroespacial, e ingeniería nuclear en Rensselaer, y autor correspondiente del artículo. "Lo que estamos tratando de hacer es mejorar aún más el rendimiento de la tecnología de iones de litio".

La extensa investigación de Koratkar sobre nanotecnología y almacenamiento de energía lo ha colocado entre los investigadores más citados del mundo. En este trabajo más reciente, Koratkar y su equipo mejoraron el rendimiento sustituyendo el óxido de cobalto por disulfuro de vanadio (VS ₂ ).

"Te da una mayor densidad de energía, porque es ligero. Y le brinda una capacidad de carga más rápida, porque es altamente conductivo. Desde esos puntos de vista, nos atrajo este material, "dijo Koratkar, quien también es profesor en el Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales.

Emoción en torno al potencial de VS ₂ ha ido creciendo en los últimos años, pero hasta ahora Koratkar dijo:los investigadores habían sido desafiados por su inestabilidad, una característica que daría lugar a una batería de corta duración. Los investigadores de Rensselaer no solo establecieron por qué estaba ocurriendo esa inestabilidad, pero también desarrolló una forma de combatirlo.

El equipo, que también incluía a Vincent Meunier, jefe del Departamento de Física, Física Aplicada, y Astronomía, y otros, determinó que la inserción de litio causaba una asimetría en el espacio entre los átomos de vanadio, conocida como distorsión de Peierls, que fue responsable de la disolución de los VS ₂ copos. Descubrieron que cubrir las escamas con una capa de nanocapas de disulfuro de titanio (TiS ₂ ) —Un material que no distorsiona a Peierls— estabilizaría el VS ₂ se descascara y mejoran su rendimiento dentro de la batería.

"Esto era nuevo. La gente no se había dado cuenta de que esta era la causa subyacente, "Dijo Koratkar." El TiS ₂ El revestimiento actúa como una capa amortiguadora. Tiene el VS ₂ material juntos, proporcionando soporte mecánico ".

Una vez que se resolvió ese problema, el equipo descubrió que el VS ₂ -TiS ₂ Los electrodos pueden operar a una alta capacidad específica, o almacenar mucha carga por unidad de masa. Koratkar dijo que el tamaño y el peso pequeños del vanadio y el azufre les permiten ofrecer una alta capacidad y densidad de energía. Su pequeño tamaño también contribuiría a una batería compacta.

Cuando la carga se realizó más rápidamente, Koratkar dijo:la capacidad no descendió tan significativamente como suele ocurrir con otros electrodos. Los electrodos pudieron mantener una capacidad razonable porque, a diferencia del óxido de cobalto, el VS ₂ -TiS ₂ el material es conductor de electricidad.

Koratkar ve múltiples aplicaciones para este descubrimiento en la mejora de las baterías de los automóviles, potencia para electrónica portátil, y almacenamiento de energía solar donde la alta capacidad es importante, pero una mayor velocidad de carga también sería atractiva.