Investigadores de la Universidad de California en San Diego desarrollaron un dispositivo emisor de ultrasonidos que trae baterías de metal de litio, o LMB, un paso más hacia la viabilidad comercial. Aunque el equipo de investigación se centró en los LMB, el dispositivo se puede utilizar con cualquier batería, independientemente de la química.

El dispositivo que desarrollaron los investigadores es una parte integral de la batería y funciona emitiendo ondas de ultrasonido para crear una corriente circulante en el líquido electrolítico que se encuentra entre el ánodo y el cátodo. Esto evita la formación de crecimientos de metal litio, llamadas dendritas, durante la carga que provocan una disminución del rendimiento y cortocircuitos en los LMB.

El dispositivo está hecho de componentes de teléfonos inteligentes listos para usar, que generan ondas sonoras a frecuencias extremadamente altas, que van desde 100 millones hasta 10 mil millones de hercios. En teléfonos estos dispositivos se utilizan principalmente para filtrar la señal celular inalámbrica e identificar y filtrar llamadas de voz y datos. En cambio, los investigadores los utilizaron para generar un flujo dentro del electrolito de la batería.

"Los avances en la tecnología de los teléfonos inteligentes son realmente lo que nos permitió utilizar el ultrasonido para mejorar la tecnología de la batería, "dijo James Friend, profesor de ingeniería mecánica y aeroespacial en la Escuela de Ingeniería Jacobs de UC San Diego y autor correspondiente del estudio.

En la actualidad, Los LMB no se han considerado una opción viable para alimentar todo, desde vehículos eléctricos hasta productos electrónicos, porque su vida útil es demasiado corta. Pero estas baterías también tienen el doble de capacidad que las mejores baterías de iones de litio de la actualidad. Por ejemplo, Los vehículos eléctricos propulsados ​​por metal de litio tendrían el doble de alcance que los vehículos propulsados ​​por iones de litio, para el mismo peso de batería.

Los investigadores demostraron que una batería de metal de litio equipada con el dispositivo podría cargarse y descargarse durante 250 ciclos y una batería de iones de litio durante más de 2000 ciclos. Las baterías se cargaron de cero a 100 por ciento en 10 minutos para cada ciclo.

"Este trabajo permite una carga rápida y baterías de alta energía, todo en uno, "dijo Ping Liu, profesor de nanoingeniería en la Escuela Jacobs y el otro autor principal del artículo. "Es emocionante y eficaz".

El equipo detalla su trabajo en el número XX de la revista. Materiales avanzados .

La mayoría de los esfuerzos de investigación de baterías se centran en encontrar la química perfecta para desarrollar baterías que duren más y se carguen más rápido. Dijo Liu. Por el contrario, El equipo de UC San Diego buscó resolver un problema fundamental:el hecho de que en las baterías de metal tradicionales, el líquido electrolítico entre el cátodo y el ánodo es estático. Como resultado, cuando la batería se carga, el ion de litio en el electrolito se agota, lo que hace más probable que el litio se deposite de manera desigual en el ánodo. Esto a su vez provoca el desarrollo de estructuras en forma de aguja llamadas dendritas que pueden crecer sin control desde el ánodo hacia el cátodo. provocando que la batería se cortocircuite e incluso se incendie. La carga rápida acelera este fenómeno.

Al propagar ondas de ultrasonido a través de la batería, el dispositivo hace que el electrolito fluya, reponer el litio en el electrolito y hacer que sea más probable que el litio se forme uniforme, depósitos densos en el ánodo durante la carga.

La parte más difícil del proceso fue diseñar el dispositivo, dijo An Huang, primer autor del artículo y un Ph.D. estudiante de ciencia de materiales en UC San Diego. El desafío fue trabajar a escalas extremadamente pequeñas, comprender los fenómenos físicos involucrados y encontrar una manera efectiva de integrar el dispositivo dentro de la batería.

"Nuestro próximo paso será integrar esta tecnología en baterías comerciales de iones de litio, "dijo Haodong Liu, coautor del artículo e investigador postdoctoral en nanoingeniería en la Escuela Jacobs.