Cualquiera que haya tenido un teléfono inteligente durante más de un año probablemente sepa que su batería de iones de litio (Li) incorporada no tiene tanta carga como cuando el dispositivo era nuevo. La degradación de las baterías de iones de litio es un problema grave que limita en gran medida la vida útil de los dispositivos electrónicos portátiles. indirectamente causando enormes cantidades de contaminación y pérdidas económicas. Además de esto, El hecho de que las baterías de iones de litio no sean muy duraderas es un obstáculo enorme para el mercado de los vehículos eléctricos y la recolección de energía renovable. Teniendo en cuenta la gravedad de estos problemas, No es de extrañar que los investigadores hayan estado buscando activamente formas de mejorar los diseños de vanguardia de las baterías de iones de litio.

Una de las principales causas de la caída de la capacidad a lo largo del tiempo en las baterías de iones de litio es la degradación de los ánodos de grafito ampliamente utilizados, los terminales negativos de las baterías. El ánodo junto con el cátodo (o el terminal positivo) y el electrolito (o el medio que lleva la carga entre dos terminales), Proporcionar un entorno en el que puedan tener lugar las reacciones electroquímicas para la carga y descarga de la batería. Sin embargo, el grafito requiere un aglutinante para evitar que se deshaga con el uso. El aglutinante más adoptado en la actualidad, poli (fluoruro de vinilideno) (PVDF), tiene una serie de inconvenientes que lo alejan mucho de ser un material ideal.

Para abordar estos problemas, un equipo de investigadores del Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Japón (JAIST) está investigando un nuevo tipo de aglutinante hecho de un copolímero de bis-imino-acenaftenequinona-parafenileno (BP). Su último estudio, publicado en Materiales de energía aplicada ACS , fue dirigido por el profesor Noriyoshi Matsumi y también participó el profesor Tatsuo Kaneko, Profesor Titular Rajashekar Badam, Doctor. estudiante Agman Gupta, y ex becaria postdoctoral Aniruddha Nag.

Entonces, ¿En qué aspectos supera el copolímero BP al aglutinante PVDF convencional para ánodos de grafito? Primero, el aglutinante BP ofrece una estabilidad mecánica y una adherencia al ánodo significativamente mejores. Esto proviene en parte de las llamadas interacciones π – π entre los grupos bis-imino-acenaftenequinona y el grafito, y también de la buena adherencia de los ligandos del copolímero al colector de corriente de cobre de la batería. En segundo lugar, no solo el copolímero BP es mucho más conductor que el PVDF, también forma una interfaz de electrolito sólido conductor más delgada con menos resistencia. En tercer lugar, el copolímero BP no reacciona fácilmente con el electrolito, que también previene en gran medida su degradación.

Todas estas ventajas combinadas condujeron a algunas mejoras importantes en el rendimiento, como lo demostraron los investigadores a través de mediciones experimentales. "Mientras que una media celda que usaba PVDF como aglutinante exhibía solo el 65% de su capacidad original después de aproximadamente 500 ciclos de carga y descarga, la semicelda que usa el copolímero BP como aglutinante mostró una capacidad de retención del 95% después de más de 1700 ciclos de este tipo, "destaca el Prof. Matsumi. Las semiceldas basadas en copolímero BP también mostraron una eficiencia culómbica muy alta y estable, una medida que compara la cantidad de carga que entra y sale de la celda en un ciclo dado; esto también es indicativo de la durabilidad a largo plazo de la batería. Las imágenes de los aglutinantes tomadas con un microscopio electrónico de barrido antes y después del ciclo revelaron que solo se formaron pequeñas grietas en el copolímero BP, mientras que ya se habían formado grandes grietas en PVDF en menos de un tercio del número total de ciclos.

Los hallazgos teóricos y experimentales de este estudio allanarán el camino para el desarrollo de baterías de iones de litio de larga duración. Sucesivamente, esto podría tener consecuencias económicas y medioambientales de gran alcance, como explica el Prof. Matsumi:"La realización de baterías duraderas ayudará en el desarrollo de productos más confiables para uso a largo plazo. Esto alentará a los consumidores a comprar activos basados ​​en baterías más costosos, como vehículos eléctricos, que se utilizará durante muchos años ". También comenta que las baterías duraderas serían una buena noticia para quienes dependen de órganos artificiales, como los pacientes con determinadas enfermedades del corazón. Por supuesto, la población en general también se beneficiaría, teniendo en cuenta la cantidad de teléfonos inteligentes, tabletas, y los portátiles se utilizan y recargan todos los días.