Investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía de EE. UU. (Berkeley Lab) han creado un material compuesto a nanoescala de grafeno y estaño para el almacenamiento de energía de alta capacidad en baterías de iones de litio renovables. Al encapsular estaño entre láminas de grafeno, los investigadores construyeron un nuevo estructura ligera de "sándwich" que debería reforzar el rendimiento de la batería.

"Para un vehículo eléctrico, necesita una batería liviana que se pueda cargar rápidamente y mantenga su capacidad de carga después de ciclos repetidos, "dice Yuegang Zhang, un científico del personal de la Fundición Molecular de Berkeley Lab, en la instalación de nanoestructuras inorgánicas, quien dirigió esta investigación. "Aquí, hemos mostrado el diseño racional de una arquitectura a nanoescala, que no necesita aditivo ni aglutinante para funcionar, para mejorar el rendimiento de la batería ".

El grafeno tiene un solo átomo de espesor, red de "alambre de gallina" de átomos de carbono con propiedades electrónicas y mecánicas estelares, mucho más allá del silicio y otros materiales semiconductores tradicionales. El trabajo anterior sobre grafeno de Zhang y sus colegas ha enfatizado las aplicaciones de dispositivos electrónicos.

En este estudio, el equipo reunió capas alternas de grafeno y estaño para crear un compuesto a nanoescala. Para crear el material compuesto, se deposita una fina película de estaño sobre grafeno. Próximo, se transfiere otra hoja de grafeno sobre la película de estaño. Este proceso se repite para crear un material compuesto, que luego se calienta a 300˚ Celsius (572˚ Fahrenheit) en un ambiente de hidrógeno y argón. Durante este tratamiento térmico, la película de estaño se transforma en una serie de pilares, aumentando la altura de la capa de estaño.

"La formación de estos nanopilares de estaño a partir de una película delgada es muy particular de este sistema, y encontramos que la distancia entre las capas de grafeno superior e inferior también cambia para adaptarse al cambio de altura de la capa de estaño, "dice Liwen Ji, investigador postdoctoral en la Fundición. Ji es el autor principal y Zhang el autor correspondiente de un artículo que informa sobre la investigación en la revista. Ciencias de la energía y el medio ambiente .

El cambio de altura entre las capas de grafeno en estos nuevos nanocompuestos ayuda durante el ciclo electroquímico de la batería. ya que el cambio de volumen de estaño mejora el rendimiento del electrodo. Además, Este comportamiento complaciente significa que la batería se puede cargar rápida y repetidamente sin degradarse, algo crucial para las baterías recargables de los vehículos eléctricos.

"Tenemos un gran programa de baterías aquí en Berkeley Lab, donde somos capaces de hacer células altamente ciclables. A través de nuestras interacciones en el programa Carbon Cycle 2.0, los investigadores de la División de Ciencia de Materiales se benefician de instalaciones y personal de baterías de calidad, junto con nuestros conocimientos sobre lo que se necesita para hacer un mejor electrodo, "dice el coautor Battaglia, gerente de programa en el departamento de Tecnología Energética Avanzada de la División de Tecnologías Energéticas y Ambientales de Berkeley Lab. "En cambio, tenemos una salida para comunicar estos requisitos a los científicos que desarrollan la próxima generación de materiales ".