Para impulsar un automóvil para que pueda viajar cientos de millas a la vez, Las baterías de iones de litio del futuro tendrán que contener más energía sin crecer demasiado.

Ese es uno de los dilemas a los que se enfrentan los esfuerzos por impulsar automóviles mediante tecnologías de baterías recargables. Para retener suficiente energía para permitir un viaje en automóvil de 300 a 500 millas antes de recargar, Las baterías de iones de litio actuales se vuelven demasiado grandes o demasiado caras.

En la búsqueda de la batería "post-ion-litio", El profesor asociado de química Dunwei Wang ha estado desarrollando materiales que algún día podrían permitir la fabricación de nuevas baterías capaces de satisfacer las demandas de energía dentro de las limitaciones de tamaño y costo de los fabricantes de automóviles y otras industrias.

En un informe reciente publicado en la revista alemana Angewandt Chemie , Wang y un colega de la Universidad de Massachusetts Amherst dieron a conocer un nuevo método para estabilizar el carbono, un componente estructural central de cualquier batería, que podría allanar el camino hacia nuevos estándares de rendimiento en la búsqueda de componentes de iones de litio.

Un aspecto fundamental para la búsqueda de un mejor rendimiento es la capacidad de reducir el peso y los costosos componentes químicos. Los investigadores que buscan una batería de "litio-aire" se han centrado en una reacción química de litio y oxígeno, que se puede sacar del aire. Pero los materiales utilizados para generar esta reacción han mostrado ciclos de vida deficientes, durando solo unas pocas cargas.

El culpable, dijo Wang, es la inestabilidad del carbono, un soporte estructural esencial para el electrodo de una batería, un conductor donde se acumulan y dispensan las cargas.

"El carbono se usa en todas las baterías porque tiene esa combinación de bajo costo, peso ligero y conductividad, "dijo Wang." No puedes simplemente desecharlo ".

Entonces, Wang y el profesor asistente de ingeniería química de la UMass, Wei Fan, se pusieron a trabajar para mejorar las capacidades de rendimiento de una forma de carbono de nueva ingeniería fabricada por Fan. Se le llama carbono mesoporoso ordenado tridimensionalmente (3DOm) y los científicos lo valoran por su estructura altamente ordenada.

Empleando una técnica llamada deposición de capa atómica (ALD), los investigadores hicieron crecer una fina capa de óxido de hierro en el carbono, un paso que mejoró la reactividad entre el litio y el oxígeno y mejoró el rendimiento en el ciclo de carga. Próximo, utilizaron ALD para aplicar una capa de nanopartículas de paladio, que redujo eficazmente la reacción de deterioro del carbono con el oxígeno y mejoró el ciclo de descarga.

Sus pruebas iniciales sobre el material mostraron una marcada mejora en el rendimiento.

"Demostramos que se puede usar una forma particular de carbono para respaldar un nuevo tipo de química que permite el almacenamiento de energía con la promesa de una densidad de energía de cinco a diez veces mayor que las baterías de iones de litio de última generación que vemos hoy. , ", dijo Wang." Consideramos que esto mejora significativamente la ciclabilidad de la batería, que es un tema clave ".

Wang dijo que los hallazgos muestran que el carbono 3DOm puede cumplir con los nuevos estándares de rendimiento cuando se estabiliza.

"La innovación clave que hacemos aquí es que el carbono 3DOm es estable; hemos estabilizado algo que antes no era estable, "dijo Wang.