Donde las cosas se ponen difíciles es donde ocurre ciencia interesante en un laboratorio de la Universidad de Rice que trabaja para mejorar la tecnología de las baterías.

Usando técnicas similares a las que emplearon para desarrollar grafeno inducido por láser, El químico de Rice James Tour y sus colegas convirtieron la cinta adhesiva en una película de óxido de silicio que reemplaza los molestos ánodos en las baterías de metal de litio.

Para el Materiales avanzados estudio, Los investigadores utilizaron un cortador láser infrarrojo para convertir el adhesivo a base de silicona de la cinta comercial en el recubrimiento poroso de óxido de silicio. mezclado con una pequeña cantidad de grafeno inducido por láser del respaldo de poliimida de la cinta. La capa protectora de óxido de silicio se forma directamente sobre el colector de corriente de la batería.

La idea de usar cinta surgió de intentos anteriores de producir películas independientes de grafeno inducido por láser, Tour dijo. A diferencia de las películas de poliimida pura, la cinta produjo no solo grafeno inducido por láser a partir del respaldo de poliimida, sino también una película translúcida donde había estado el adhesivo. Eso captó la curiosidad de los investigadores y llevó a una mayor experimentación.

La capa se formó cuando pegaron la cinta a un colector de corriente de cobre y la aplicaron varias veces para elevar rápidamente su temperatura a 2, 300 Kelvin (3, 680 grados Fahrenheit). Eso generó un recubrimiento poroso compuesto principalmente de silicio y oxígeno, combinado con una pequeña cantidad de carbono en forma de grafeno.

En experimentos, la película espumosa pareció absorber y liberar litio metálico sin permitir la formación de dendritas (protuberancias puntiagudas) que pueden provocar un cortocircuito en una batería y provocar incendios. Los investigadores notaron que el metal de litio tiende a degradarse rápidamente durante los ciclos de carga y descarga de la batería con el colector de corriente desnudo. pero no se observaron tales problemas en ánodos revestidos con óxido de silicio inducido por láser (LI-SiO).

"En las baterías de iones de litio tradicionales, Los iones de litio se intercalan en una estructura de grafito al cargarse y se desintercalan a medida que la batería se descarga. "dijo el autor principal Weiyin Chen, un estudiante graduado de Rice. "Se utilizan seis átomos de carbono para almacenar un átomo de litio cuando se utiliza toda la capacidad del grafito.

"Pero en un ánodo de metal de litio, no se utiliza grafito, ", dijo." Los iones de litio se lanzan directamente desde la superficie del ánodo de metal a medida que se descarga la batería. Los ánodos de metal de litio se consideran una tecnología clave para el desarrollo futuro de baterías una vez que se resuelvan sus problemas de seguridad y rendimiento ".

Los ánodos de metal de litio pueden tener una capacidad 10 veces mayor que las baterías tradicionales de iones de litio y grafito. Pero las baterías de metal de litio que carecen de grafito suelen utilizar un exceso de metal de litio para compensar las pérdidas causadas por la oxidación de la superficie del ánodo. Tour dijo.

"Cuando no hay exceso de metal litio en los ánodos, generalmente sufren una rápida degradación, producir células con un ciclo de vida muy limitado, "dijo el coautor Rodrigo Salvatierra, un visitante académico en el laboratorio Tour. "En el lado brillante, estas celdas 'libres de ánodo' se vuelven más livianas y ofrecen un mejor rendimiento, pero con el costo de una corta vida ".

Los investigadores notaron que LI-SiO triplicó la vida útil de la batería sobre otras baterías de metal de litio sin exceso. Las baterías recubiertas de LI-SiO entregaron 60 ciclos de carga y descarga mientras retuvieron el 70% de su capacidad.

Tour dijo que podría hacer que las baterías de metal de litio sean adecuadas como baterías de alto rendimiento para expediciones al aire libre o almacenamiento de alta capacidad para interrupciones a corto plazo en áreas rurales.

El uso de láseres industriales estándar debería permitir que la industria se amplíe para una producción de gran superficie. Tour dijo que el método es rápido, no requiere disolventes y se puede realizar en atmósfera y temperatura ambiente. Dijo que la técnica también puede producir películas para soportar nanopartículas metálicas, revestimientos y filtros protectores.