La estudiante graduada de Rice University, Gladys López-Silva, sostiene un ánodo de metal de litio con una película de nanotubos de carbono. Una vez que se adjunta la película, se infiltra con iones de litio y se vuelve rojo. Crédito:Jeff Fitlow / Rice University
Los científicos de la Universidad de Rice cuentan con películas de nanotubos de carbono para fabricar Las baterías de metal de litio de carga rápida son un reemplazo lógico para las baterías de iones de litio comunes.
El laboratorio de Rice del químico James Tour mostró que las películas delgadas de nanotubos detienen eficazmente las dendritas que crecen naturalmente a partir de ánodos de metal de litio sin protección en las baterías. Tiempo extraordinario, estas dendritas en forma de tentáculo pueden perforar el núcleo del electrolito de la batería y alcanzar el cátodo, causando que la batería falle.
Ese problema ha frenado el uso del metal litio en aplicaciones comerciales y ha animado a los investigadores de todo el mundo a resolverlo.
El metal de litio se carga mucho más rápido y contiene aproximadamente 10 veces más energía por volumen que los electrodos de iones de litio que se encuentran en casi todos los dispositivos electrónicos. incluidos teléfonos móviles y coches eléctricos.
"Una de las formas de ralentizar las dendritas en las baterías de iones de litio es limitar la rapidez con que se cargan, "Dijo Tour." A la gente no le gusta eso. Quieren poder cargar sus baterías rápidamente ".
La respuesta del equipo de Rice, detallado en Materiales avanzados , es simple, económico y muy eficaz para detener el crecimiento de las dendríticas, Tour dijo.
"Lo que hicimos resultó ser muy fácil, ", dijo." Simplemente cubre una lámina de metal de litio con una película de nanotubos de carbono de paredes múltiples. El litio dopa la película de nanotubos, que pasa de negro a rojo, y la película a su vez difunde los iones de litio ".
Imágenes de microscopio de ánodos de metal de litio después de 500 ciclos de carga / descarga en pruebas en la Universidad de Rice muestran que el crecimiento de dendritas se apaga en el ánodo de la izquierda. protegido por una película de nanotubos de carbono. El ánodo de metal de litio desprotegido de la derecha muestra evidencia de crecimiento de dendrita. Crédito:Tour Group / Rice University
"El contacto físico con el metal de litio reduce la película de nanotubos, pero lo equilibra agregando iones de litio, "dijo el investigador postdoctoral de Rice Rodrigo Salvatierra, coautora principal del artículo con la estudiante de posgrado Gladys López-Silva. "Los iones se distribuyen por la película de nanotubos".
Cuando la batería está en uso, la película descarga los iones almacenados y el ánodo de litio subyacente la rellena, manteniendo la capacidad de la película para detener el crecimiento de dendritas.
James Tour, químico de la Universidad de Rice, izquierda, La estudiante de posgrado Gladys López-Silva y el investigador postdoctoral Rodrigo Salvatierra utilizan una película de nanotubos de carbono para prevenir el crecimiento de dendritas en baterías de metal de litio, que se cargan más rápido y tienen más energía que las baterías de iones de litio actuales. Crédito:Jeff Filtow / Rice University
La película de nanotubos enredados apagó eficazmente las dendritas durante 580 ciclos de carga / descarga de una batería de prueba con un cátodo de carbono sulfurado que el laboratorio desarrolló en experimentos anteriores. Los investigadores informaron que las celdas de metal de litio completas retuvieron el 99,8 por ciento de su eficiencia culómbica, la medida de qué tan bien se mueven los electrones dentro de un sistema electroquímico.
