Un equipo de investigadores de materiales de Juelich, Munich, y Praga ha logrado producir un material compuesto que es particularmente adecuado para electrodos en baterías de litio. El material nanocompuesto podría ayudar a aumentar significativamente la capacidad de almacenamiento y la vida útil de las baterías, así como su velocidad de carga. Los investigadores han publicado sus hallazgos en la revista. Materiales funcionales avanzados .

Las baterías de iones de litio son el punto de referencia definitivo cuando se trata de teléfonos móviles, dispositivos de tableta, y coches eléctricos. Su capacidad de almacenamiento y densidad de potencia son muy superiores a otros sistemas de baterías recargables. A pesar de los avances recientes, sin embargo, Las baterías de los teléfonos inteligentes solo duran un día y los autos eléctricos necesitan horas para recargarse. Por lo tanto, los científicos están trabajando en formas de mejorar las densidades de energía y las tasas de carga de las baterías de uso general. "Un factor importante es el material del ánodo, "explica Dina Fattakhova-Rohlfing del Instituto de Investigación sobre Energía y Clima (IEK-1).

"En principio, los ánodos basados ​​en dióxido de estaño pueden alcanzar capacidades específicas mucho más altas, y por lo tanto almacenar más energía, que los ánodos de carbono que se utilizan actualmente. Tienen la capacidad de absorber más iones de litio, "dice Fattakhova-Rohlfing." Óxido de estaño puro, sin embargo, presenta una estabilidad de ciclo muy débil:la capacidad de almacenamiento de las baterías disminuye constantemente y solo se pueden recargar unas pocas veces. El volumen del ánodo cambia con cada ciclo de carga y descarga, lo que la lleva a desmoronarse ".

Una forma de abordar este problema son los materiales híbridos o nanocompuestos, materiales compuestos que contienen nanopartículas. Los científicos desarrollaron un material compuesto por nanopartículas de óxido de estaño enriquecidas con antimonio, sobre una capa base de grafeno. La base de grafeno ayuda a la estabilidad estructural y la conductividad del material. Las partículas de óxido de estaño tienen un tamaño de menos de tres nanómetros, en otras palabras, menos de tres millonésimas de milímetro, y "crecen" directamente en el grafeno. El pequeño tamaño de la partícula y su buen contacto con la capa de grafeno también mejora su tolerancia a los cambios de volumen:la celda de litio se vuelve más estable y dura más.

Tres veces más energía en una hora

"Enriquecer las nanopartículas con antimonio garantiza que el material sea extremadamente conductor, "explica Fattakhova-Rohlfing." Esto hace que el ánodo sea mucho más rápido, lo que significa que puede almacenar una vez y media más energía en solo un minuto de lo que sería posible con ánodos de grafito convencionales. Incluso puede almacenar tres veces más energía durante el tiempo de carga habitual de una hora ".

"Estas densidades de energía tan altas solo se lograban anteriormente con tasas de carga bajas, ", dice Fattakhova-Rohlfing." Los ciclos de carga más rápidos siempre conducen a una reducción rápida de la capacidad ". Los ánodos dopados con antimonio desarrollados por los científicos, sin embargo, conservan el 77% de su capacidad original incluso después de 1, 000 ciclos.

"Los ánodos de nanocompuestos se pueden producir de una manera fácil y rentable. Y los conceptos aplicados también se pueden utilizar para el diseño de otros materiales de ánodos para baterías de iones de litio, ", explica Fattakhova-Rohlfing. Esperamos que nuestro desarrollo allane el camino para las baterías de iones de litio con una densidad de energía significativamente mayor y un tiempo de carga muy corto".