Las baterías de litio y oxígeno son dispositivos innovadores que generan energía a partir del oxígeno atmosférico atrapado en el interior, electrodos a base de carbono. Estas baterías son significativamente más livianas que las baterías de iones de litio tradicionales, y así tener el potencial de ampliar la autonomía de conducción de los vehículos eléctricos e híbridos. Sin embargo, Aún quedan muchos desafíos prácticos para las baterías de litio-oxígeno, el más notable de los cuales es la acumulación de subproductos de peróxido de litio insolubles en el electrodo de carbono, lo que puede hacer que la batería deje de funcionar después de unos pocos ciclos de carga.

Ahora, Zhaolin Liu del Instituto A * STAR de Investigación e Ingeniería de Materiales en Singapur, en colaboración con Aishui Yu y compañeros de trabajo de la Universidad Fudan en China, ha desarrollado un electrodo de nanotubos de carbono que puede aliviar los problemas de recarga en las baterías de litio-oxígeno, gracias a un soporte de espuma de níquel tridimensional1.

En esfuerzos anteriores para mejorar el rendimiento de las baterías de litio y oxígeno, Los investigadores investigaron numerosos tipos de electrodos de carbono permeables, incluido el carbón de leña de gran superficie, grafeno y aerogeles porosos. Tales enfoques, sin embargo, Confíe en aglutinantes similares a pegamento para mantener unidas las partículas de carbono. Estos aglutinantes disminuyen las velocidades de difusión de oxígeno a través del electrodo y pueden degradar y obstruir los espacios porosos.

Liu y sus compañeros de trabajo se propusieron diseñar un electrodo libre de aglutinantes utilizando espuma de níquel, una sustancia económica con una estructura tridimensional porosa que la hace rígida y ligera. Para garantizar la compatibilidad de la espuma con las baterías de litio y oxígeno, el equipo cultivó nanotubos de carbono dopados con pequeñas cantidades de nitrógeno directamente en su superficie. Se ha demostrado que los electrodos de nanotubos de carbono dopados con nitrógeno poseen actividad catalítica que aumenta la vida útil de la batería, y el equipo anticipó que podrían crear dispositivos mejorados al soportar estos nanomateriales con espuma de níquel.

Usando deposición de vapor químico, los investigadores pudieron cubrir la espuma de níquel con capas de nanotubos de carbono dopados dispuestos en estructuras típicas de bambú. Estos nanotubos estaban empaquetados libremente y contribuían a una red de grandes túneles interconectados a lo largo de la espuma. Según Liu, Estos túneles facilitan la difusión de oxígeno y proporcionan huecos críticos donde el peróxido de litio se puede depositar sin limitar el rendimiento de la batería.

Cuando midieron el rendimiento de su electrodo sin ligante, el equipo descubrió que podía entregar el doble de capacidad eléctrica que un electrodo de nanotubos de carbono dopado con nitrógeno puro. Liu señala que el fuerte contacto eléctrico entre los nanotubos y el soporte de níquel suprime la expansión de volumen y limita los efectos de polarización que dificultan la recarga de la batería. "El siguiente paso será aplicar estos electrodos en baterías reales de litio-oxígeno, " él dice.