A medida que los vehículos eléctricos crecen en popularidad, el centro de atención brilla con más fuerza sobre algunos de los principales problemas restantes. Investigadores de la Universidad de Texas en Austin están abordando dos de los mayores desafíos que enfrentan los vehículos eléctricos:alcance limitado y recarga lenta.

Los investigadores fabricaron un nuevo tipo de electrodo para baterías de iones de litio que podría generar una mayor potencia y una carga más rápida. Hicieron esto mediante la creación de electrodos más gruesos, las partes de la batería cargadas positiva y negativamente que suministran energía a un dispositivo, utilizando imanes para crear una alineación única que evita los problemas comunes asociados con el dimensionamiento de estos componentes críticos.

El resultado es un electrodo que podría proporcionar el doble de alcance con una sola carga para un vehículo eléctrico, en comparación con una batería que usa un electrodo comercial existente.

"Se cree comúnmente que los materiales bidimensionales son un candidato prometedor para aplicaciones de almacenamiento de energía de alta velocidad porque solo necesitan tener varios nanómetros de espesor para un transporte de carga rápido", dijo Guihua Yu, profesor del Departamento de Ingeniería Mecánica Walker de UT Austin y Texas. Instituto de Materiales. "Sin embargo, para las baterías de alta energía de próxima generación basadas en el diseño de electrodos gruesos, el apilamiento de nanoláminas como bloques de construcción puede causar cuellos de botella significativos en el transporte de carga, lo que dificulta lograr una alta energía y una carga rápida".

La clave del descubrimiento, publicada en Proceedings of the National Academy of Sciences , utiliza materiales bidimensionales delgados como bloques de construcción del electrodo, apilándolos para crear grosor y luego usando un campo magnético para manipular sus orientaciones. El equipo de investigación usó imanes disponibles comercialmente durante el proceso de fabricación para colocar los materiales bidimensionales en una alineación vertical, creando un carril rápido para que los iones viajen a través del electrodo.

Por lo general, los electrodos más gruesos fuerzan a los iones a viajar distancias más largas para moverse a través de la batería, lo que conduce a un tiempo de carga más lento. La típica alineación horizontal de las capas de material que componen el electrodo obliga a los iones a moverse de un lado a otro.

"Nuestro electrodo muestra un rendimiento electroquímico superior en parte debido a la alta resistencia mecánica, la alta conductividad eléctrica y el transporte de iones de litio facilitado gracias a la arquitectura única que diseñamos", dijo Zhengyu Ju, estudiante graduado en el grupo de investigación de Yu que lidera este proyecto. .

Además de comparar su electrodo con un electrodo comercial, también fabricaron un electrodo dispuesto horizontalmente utilizando los mismos materiales con fines de control experimental. Pudieron recargar el electrodo grueso vertical al 50 % del nivel de energía en 30 minutos, en comparación con las 2 horas y 30 minutos del electrodo horizontal.

Los investigadores enfatizaron que están comenzando su trabajo en esta área. Observaron un solo tipo de electrodo de batería en esta investigación.

Su objetivo es generalizar su metodología de capas de electrodos organizadas verticalmente para aplicarla a diferentes tipos de electrodos utilizando otros materiales. Esto podría ayudar a que la técnica se adopte más ampliamente en la industria, por lo que podría habilitar futuras baterías de carga rápida pero de alta energía que alimentan vehículos eléctricos. + Explora más

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