Los vehículos eléctricos están ganando popularidad, pero su largo tiempo de carga es una detracción significativa para los clientes potenciales. Mientras que un SUV típico con un motor de combustión podría viajar 300 millas con un repostaje de cinco minutos, un vehículo eléctrico de última generación tarda aproximadamente una hora en almacenar suficiente energía para recorrer la misma distancia. La tecnología para una batería de iones de litio de alta capacidad que se cargue rápidamente y funcione de manera eficiente es todavía un objetivo no realizado, pero los investigadores ahora están más cerca que nunca.

Un equipo internacional de investigadores publicó detalles de un material de electrodo diseñado que permite baterías tan avanzadas el 8 de octubre en Ciencias.

"La combinación de alta energía, alta tasa, y un ciclo de vida prolongado es el santo grial de la investigación de baterías, que está determinado por uno de los componentes clave de la batería:los materiales de los electrodos, "dijo Hengxing Ji, profesor de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China (USTC). "Nuestro objetivo es buscar un material de electrodo que pueda hacer mella en las métricas de rendimiento de la investigación de laboratorio y pueda mantener la promesa de cumplir con las técnicas y requisitos de producción industrial".

La energía entra y sale de la batería por reacciones electroquímicas en los electrodos, La transferencia de iones de litio tan eficiente y eficaz es de suma importancia, según el primer autor Hongchang Jin de USTC, especialmente en la transferencia de energía de la batería al dispositivo a través del ánodo.

Los investigadores recurrieron al fósforo negro, un material que se ha considerado para su uso en electrodos antes, pero que generalmente se abandona debido a su tendencia a deformarse a lo largo de sus bordes estratificados, haciendo que la transferencia de iones de litio sea profundamente ineficaz y produciendo un material de menor calidad. Combinando fósforo negro con grafito, los enlaces químicos entre estos dos materiales estabilizan y previenen los cambios de borde problemáticos.

El equipo también abordó otro problema que obstaculiza el material:los electrolitos pueden descomponerse en piezas menos conductoras y acumularse en la superficie del electrodo, inhibir la transferencia de iones de litio al material del electrodo, como polvo que oscurece la luz a través del cristal. El equipo aplicó una fina capa de gel de polímero a los materiales de los electrodos y reforzó la ruta de transporte de iones de litio. prevenir eficazmente el problema.

"El material compuesto del ánodo restauró el 80% de su capacidad total en menos de 10 minutos y muestra una vida útil de 2000 ciclos a temperatura ambiente, que se midió en condiciones compatibles con los procesos de fabricación industrial, "dijo el co-primer autor Sen Xin, profesor del Instituto de Química de la Academia de Ciencias de China. "Si se puede lograr una producción escalable, este material puede proporcionar una alternativa, ánodo de grafito actualizado, y muévanos hacia una batería de iones de litio con una densidad de energía de más de 350 vatios-hora por kilogramo y capacidad de carga rápida. La proyección exitosa de los parámetros anteriores en el vehículo eléctrico aumentará significativamente su competitividad frente a los automóviles de combustible ".

Los 350 vatios-hora por kilogramo describen la capacidad energética de la batería:un vehículo eléctrico con una batería de este tipo podría viajar 600 millas con una sola carga. Para comparacion, el Tesla Model S disponible en el mercado puede viajar 400 millas con una sola carga.

Con esta novedosa tecnología, Ji dijo que los investigadores planean abordar tanto las cuestiones científicas fundamentales del proceso de carga y descarga de iones de litio como las cuestiones relacionadas con la industria sobre las formas de escalar la producción de materiales compuestos en condiciones más suaves.

"Investigaremos materiales de ingeniería de estructura seleccionada racionalmente, pero teniendo en cuenta el precio y la practicidad para lograr un rendimiento atractivo, "Dijo Ji.