¿Estás harto de tener que conectar tu teléfono todas las noches? Puede que haya ayuda en camino.

Una nueva investigación en la Universidad de Kansas podría proporcionar baterías de mayor duración para la mayoría de los productos electrónicos de consumo y vehículos electrónicos en los próximos años.

Hoy dia, la mayoría de los estadounidenses poseen dispositivos electrónicos que funcionan con baterías recargables de iones de litio y algunos conducen automóviles que funcionan con tecnología de baterías de iones de litio. Pero las baterías de iones de litio tienen inconvenientes, como la necesidad de una recarga regular.

"Todo el mundo quiere tener mejores baterías para los teléfonos, electrónica y coches, "dijo Xianglin Li, profesor asistente de ingeniería mecánica. "La batería de iones de litio actual, que se usa en todas partes, no tiene suficiente densidad de energía, tienes que cargar tu teléfono todos los días ".

Recientemente, Li ganó $ 219 nuevos, 312, subvención de dos años de la National Science Foundation para impulsar las baterías de litio y oxígeno de vanguardia. Dijo que las baterías de litio y oxígeno representan la plataforma de baterías más prometedora para reemplazar a las de iones de litio.

"La investigación que estamos haciendo sobre la batería de litio y oxígeno representa la próxima generación de almacenamiento de energía, ", dijo." Teóricamente, tiene una capacidad de almacenamiento de aproximadamente un orden de magnitud mayor que la de iones de litio. Entonces, si cambia a esto en el futuro, solo necesitará cargar su teléfono una vez a la semana. Existen tecnologías competidoras como las baterías de zinc-aire o de litio-azufre, pero el litio-oxígeno es claramente el de mayor capacidad, por lo que tiene una gran ventaja ".

Si bien las baterías de litio y oxígeno prometen una capacidad de almacenamiento de energía mucho mayor, su defecto es la incapacidad de descargar energía tan rápido como las baterías de iones de litio. Hasta que se supere este inconveniente, La tecnología de baterías de litio-oxígeno permanecerá en la etapa de investigación de laboratorio. según el investigador de KU.

"El problema es que el litio-oxígeno tiene una baja densidad de corriente; dura mucho tiempo, pero no tienes mucho poder, "Dijo Li." Si usa baterías de litio y oxígeno para un automóvil eléctrico, podrías conducir 500 millas, pero no puedes acelerar muy rápido. Conducir solo unos pocos kilómetros por hora no es muy divertido. Por lo que sé, casi todas las baterías de litio-oxígeno están todavía en la fase de investigación y la tecnología aún no tiene un mercado muy grande. Rendimiento, la estabilidad y la vida útil son todos problemas para las baterías de litio y oxígeno ahora. Pero en los años 70 y 80, las baterías de iones de litio tenían problemas similares ".

Con su nueva subvención NSF, Li espera desarrollar tecnología para aumentar la densidad de corriente de las baterías de litio y oxígeno para hacerlas más prácticas. Trabajará en la instalación de tomografía computarizada de rayos X en la Universidad Carnegie Mellon, colaborando con Shawn Litster.

"Nuestro objetivo es aumentar la potencia de la batería de litio-oxígeno en un orden de magnitud mientras tenemos la densidad de energía de última generación, "Dijo Li.

Li y Litster se centrarán en comprender y mejorar la función del electrodo de oxígeno de la batería de litio-oxígeno. Li dijo que las baterías de litio y oxígeno deben absorber oxígeno del aire a través de poros a nanoescala para facilitar las reacciones. Entonces, el rendimiento electroquímico de las baterías de litio-oxígeno depende del flujo de dos fases líquido-gas en la escala de poros del electrodo. Los investigadores tienen como objetivo comprender mejor el transporte a escala de poros de los electrodos de la batería según el tamaño de los poros. estructura, conectividad y mojabilidad.

"Shawn Litster de Carnegie Mellon tiene un dispositivo único para medir morfologías a nanoescala:tecnología que es como una tomografía computarizada en un hospital, pero con una resolución muy alta de hasta 20-30 nanómetros, "Dijo Li." Queremos medir los electrodos de la batería de litio-oxígeno y entender cómo podemos transferir mejor el oxígeno con un diseño mejorado. La batería debe absorber oxígeno del aire, así que si no suministramos oxígeno lo suficientemente rápido, el poder será limitado. Usaremos sus instalaciones junto con nuestros modelos y teorías avanzados para intentar diseñar un electrodo de batería de alto rendimiento, y con suerte tendremos un prototipo para demostración de laboratorio ".

La investigación se centrará en mejorar la lenta transferencia de masa del oxígeno en los electrodos de la batería.

"Las baterías son dispositivos electroquímicos en los que desea una alta velocidad de reacción, y el único lugar donde puede ocurrir la reacción es en la interfaz del electrodo y el electrolito, "Dijo Li." Tenemos que crear un área de superficie lo más alta posible utilizando nanomateriales, pero la transferencia de masa será muy lenta porque los nanoporos tienen una mayor resistencia. En una batería de litio y oxígeno, el electrolito es líquido y la transferencia de masa a través del líquido es muy lenta en comparación con el aire. Un ejemplo es que no puede respirar a través de un papel empapado en agua debido a la alta resistencia del agua a la transferencia de oxígeno. Es el mismo caso para un electrolito líquido, por eso queremos crear la fase gaseosa en nuestro electrodo para facilitar la transferencia de oxígeno ".

Li dijo que el proyecto tiene el potencial de resultar en una tecnología patentada que podría impulsar la investigación y la adopción de la tecnología de litio-oxígeno en los próximos años. Los investigadores planean formar asociaciones potenciales con la industria local y llegar al público a través de Kansas City STEM Alliance.

Adicionalmente, el trabajo de la subvención apoyará la formación de dos estudiantes graduados de KU.

"Actualmente tengo un estudiante de doctorado que creo que se unirá a mí en el verano para venir a CMU, "Dijo Li." Es una gran experiencia de entrenamiento. Se graduará a finales de este año y el año que viene habrá otro estudiante de posgrado, así que capacitaré a dos estudiantes diferentes durante este proyecto ".