Científicos que buscan formas de mejorar la capacidad de una batería para mantener una carga por más tiempo, utilizando materiales avanzados que son seguros, estable y eficiente, han determinado que los materiales en sí mismos son solo una parte de la solución.

De hecho, estudios en la interfaz de los materiales de la batería, junto con un mayor conocimiento de los procesos en el trabajo, están desatando una oleada de conocimientos necesarios para abordar más rápidamente la demanda de dispositivos electrónicos portátiles de mayor duración, vehículos eléctricos y almacenamiento de energía estacionario para la red eléctrica.

"Si necesitamos un mejor almacenamiento de energía, necesitamos comprender mejor qué sucede en la interfaz entre el electrolito y la batería o el material del supercondensador, "dijo Yury Gogotsi de la Universidad de Drexel, el autor correspondiente de un artículo de revisión prospectivo publicado en Materiales de Nature Reviews .

Drexel es una universidad asociada de Fluid Interface Reactions, Estructuras y Transporte, o PRIMERO, centrar, un Centro de Investigación de la Frontera de la Energía ubicado en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge y financiado por el Departamento de Energía.

Durante los últimos 11 años, un grupo de científicos del centro FIRST centrado en la investigación electroquímica ha estado estudiando las interfaces de los materiales para el almacenamiento de energía. "Esta es la clave:aquí es donde ocurre la acción en el almacenamiento de energía, "Dijo Gogotsi." Básicamente, esta es la frontera del almacenamiento de energía ".

El mercado de la electrónica está dominado por baterías de iones de litio y supercondensadores. Se utilizan en múltiples aplicaciones industriales y de consumo que requieren almacenamiento de energía electroquímica, o EES, dispositivos, porque se sabe que funcionan de forma segura y eficiente en varios entornos, especialmente a altas o bajas temperaturas.

El electrolito es un componente esencial en los dispositivos EES. Es el puente conductor para transportar iones entre los electrodos positivo y negativo. La eficacia de este proceso determina el rendimiento del dispositivo:la rapidez con la que se puede cargar la batería y la cantidad de energía que puede entregar cuando se descarga. Los cambios no deseados en el electrolito también pueden afectar la cantidad de ciclos de carga que puede soportar antes de que la batería se vuelva menos eficiente.

Según el artículo de revisión, Los líquidos iónicos se muestran prometedores como una alternativa segura a los electrolitos orgánicos convencionales. Líquidos iónicos, o IL, se sabe que son estables y no inflamables y tienden a no evaporarse. Pueden operar potencialmente hasta seis voltios, lo que brinda la posibilidad de una mayor densidad energética. (Una batería doméstica estándar es de alrededor de 1,5 voltios, y una batería de iones de litio es de 3 a 3,5 voltios).

Sin embargo, la interacción de las IL con materiales recientemente desarrollados no se comprende bien. Los estudios de electrodos mejorados han registrado tiempos de carga más rápidos, pero esas baterías usaban electrolitos convencionales. Los IL tienden a cargarse más lentamente; todavía, La investigación de electrodos avanzados e IL en la interfaz podría, en última instancia, mejorar el rendimiento de la batería o del supercondensador y, al mismo tiempo, aprovechar los beneficios conocidos de los IL.

El equipo de científicos de ORNL, Drexel, Universidad de Boston y Universidad de California, Orilla, Sugiera un enfoque holístico para que todo el dispositivo de almacenamiento de energía pueda funcionar correctamente.

"El objetivo principal de esta revisión prospectiva es delinear la dirección de la investigación, guiar a la comunidad dónde buscar soluciones, Aprovechar las cosas buenas que pueden ofrecer los líquidos iónicos y resolver los problemas existentes para un almacenamiento de energía más seguro. " él dijo.

Para seguir adelante con la combinación de miles de líquidos iónicos con numerosas opciones de nuevos materiales de batería avanzados, se requerirá potencia computacional, aprendizaje automático e inteligencia artificial para manejar cantidades masivas de datos y posibles combinaciones y resultados potenciales.

El FIRST EFRC en ORNL emplea un enfoque de modelado computacional para lograr una comprensión fundamental y modelos conceptuales y computacionales validados experimentalmente de interfaces fluido-sólido que se encuentran en sistemas y dispositivos de energía avanzados. incluidas las baterías, supercondensadores y celdas foto y electroquímicas.

El centro representa un enfoque único, reuniendo creativos, equipos científicos multidisciplinares para afrontar los retos más duros que impiden los avances en las tecnologías energéticas.

"La misión de nuestro centro es lograr un entendimiento fundamental y validado, modelos predictivos de los orígenes atomísticos del transporte de electrolitos y electrones acoplados en nanoconfinamiento. Esto permitirá avances transformadores en el almacenamiento de energía eléctrica capacitiva y otros sistemas interfaciales relevantes para la energía. "dijo Sheng Dai de ORNL, quien lidera el PRIMER EFRC.

"El conocimiento profundo del acoplamiento líquido iónico-material del electrodo es parte de la ecuación para cumplir nuestra misión, "añadió.

El periódico titulado "Material del electrodo-acoplamiento líquido iónico para almacenamiento de energía electroquímica, "fue coautor de Xuehang Wang, Babak Anasori y Yury Gogotsi de la Universidad de Drexel; Maryam Salari, Jennifer Chapman Varela y Mark W. Grinstaff de la Universidad de Boston; De-en Jiang de la Universidad de California, Orilla; y David J. Wesolowski y Sheng Dai de ORNL.