Los vehículos eléctricos podrían viajar más lejos si funcionan con una batería de iones de litio de mayor capacidad fabricada con nanopartículas de óxido de hierro de bajo costo. Crédito:iStock / Thinkstock
Los coches que funcionan con baterías ofrecen muchos beneficios medioambientales, pero un automóvil con el tanque lleno de gasolina puede viajar más lejos. Al mejorar la capacidad energética de las baterías de iones de litio, Un nuevo electrodo hecho de nanopartículas de óxido de hierro podría ayudar a los vehículos eléctricos a cubrir mayores distancias.
Desarrollado por Zhaolin Liu del Instituto A * STAR de Investigación e Ingeniería de Materiales, Singapur, y Aishui Yu de la Universidad de Fudan, Porcelana, y compañeros de trabajo, el material del electrodo es económico, adecuado para la fabricación a gran escala y puede almacenar mayores densidades de carga que los electrodos convencionales utilizados en las baterías de iones de litio.
Estas baterías almacenan y liberan energía transportando iones de litio entre dos electrodos conectados en un circuito. Durante la carga, iones de litio escapan del cátodo, que está hecho de materiales como el óxido de litio y cobalto. Los iones migran a través de un electrolito líquido hacia el ánodo, que generalmente está hecho de grafito plagado de poros diminutos. Cuando la batería se descarga, el proceso se ejecuta a la inversa, generando una corriente eléctrica entre los electrodos.
Los óxidos de hierro tienen una capacidad de carga mucho mayor que el grafito, pero el proceso es lento. Forzar iones de litio en el material también cambia su volumen, destruyendo el ánodo después de unos pocos ciclos de carga.
Liu, Yu y su equipo razonaron que un ánodo hecho de nanopartículas de óxido de hierro se cargaría más rápidamente, porque sus poros darían fácil acceso a los iones de litio. Los poros también pueden permitir que la estructura del material cambie a medida que los iones se acumulan en el interior.
Los investigadores crearon partículas de 5 nanómetros de ancho de un óxido de hierro conocido como α-Fe 2 O 3 , simplemente calentando nitrato de hierro en agua. Mezclaron las partículas con un polvo llamado negro de carbón, los unió con fluoruro de polivinilideno y cubrió la mezcla sobre una hoja de cobre para hacer sus ánodos.
Durante la primera ronda de carga y descarga, los ánodos mostraron una eficiencia del 75 al 78%, dependiendo de la densidad de corriente utilizada. Después de diez ciclos más, sin embargo, la eficiencia mejoró al 98%, casi tan alto como las baterías comerciales de iones de litio. La investigación de otros equipos sugiere que durante los primeros ciclos, las nanopartículas de óxido de hierro se descomponen hasta que alcanzan un tamaño óptimo.
Después de 230 ciclos, la eficiencia del ánodo se mantuvo en 97%, con una capacidad de 1, 009 miliamperios hora por gramo (mA h g −1 ) —Casi tres veces mayor que los ánodos de grafito comerciales. El material no experimentó ninguno de los problemas de degradación que han afectado a otros ánodos de óxido de hierro.
El equipo ahora está trabajando para optimizar la síntesis de nanopartículas y aumentar la eficiencia de los ciclos de carga iniciales del ánodo.
