Representación artística de una batería de tipo botón con un electrodo de cobre (izquierda) que contiene una estructura de nanocadena negra, que los investigadores han descubierto que podría aumentar la capacidad de una batería y reducir el tiempo de carga. Crédito:Ilustración de la Universidad de Purdue / Henry Hamann
La duración de la batería de su teléfono o computadora depende de cuántos iones de litio se pueden almacenar en el material del electrodo negativo de la batería. Si la batería se queda sin estos iones, no puede generar una corriente eléctrica para hacer funcionar un dispositivo y finalmente falla.
Los materiales con una mayor capacidad de almacenamiento de iones de litio son demasiado pesados o tienen una forma incorrecta para reemplazar el grafito. el material de electrodo que se utiliza actualmente en las baterías actuales.
Los científicos e ingenieros de la Universidad de Purdue han introducido una forma potencial de reestructurar estos materiales en un nuevo diseño de electrodo que les permitiría aumentar la vida útil de una batería. Hágalo más estable y acorte su tiempo de carga.
El estudio, que aparece como portada de la edición de septiembre de Nano materiales aplicados , creó una estructura similar a una red, llamada "nanocadena, "de antimonio, un metaloide conocido por mejorar la capacidad de carga de iones de litio en las baterías.
Los investigadores compararon los electrodos de nanocadena con electrodos de grafito, descubriendo que cuando las baterías de tipo botón con el electrodo de nanocadena solo se cargaban durante 30 minutos, lograron el doble de capacidad de iones de litio para 100 ciclos de carga y descarga.
Algunos tipos de baterías comerciales ya utilizan compuestos de carbono-metal similares a los electrodos negativos de metal de antimonio, pero el material tiende a expandirse hasta tres veces al absorber iones de litio, haciendo que se convierta en un peligro para la seguridad a medida que se carga la batería.
Un nuevo método podría permitir que mejores materiales compongan los electrodos de la batería convirtiéndolos en una estructura de nanocadena, el material negro en este electrodo de cobre de una pila de botón. Crédito:Universidad Purdue / Kayla Wiles
"Desea acomodar ese tipo de expansión en las baterías de su teléfono inteligente. De esa manera, no lleva consigo algo inseguro, "dijo Vilas Pol, profesor asociado de ingeniería química de Purdue.
Mediante la aplicación de compuestos químicos, un agente reductor y un agente nucleante, los científicos de Purdue conectaron las diminutas partículas de antimonio en una forma de nanocadena que se adaptaría a la expansión requerida. El agente reductor particular que utilizó el equipo, amoniaco-borano, es responsable de crear los espacios vacíos, los poros dentro de la nanocadena, que se adaptan a la expansión y suprimen la falla del electrodo.
El equipo aplicó amoníaco-borano a varios compuestos diferentes de antimonio, encontrando que solo el cloruro de antimonio producía la estructura de nanocadena.
"Nuestro procedimiento para hacer las nanopartículas proporciona consistentemente las estructuras de la cadena, "dijo P. V. Ramachandran, profesor de química orgánica en Purdue.
La nanocadena también mantiene estable la capacidad de iones de litio durante al menos 100 ciclos de carga y descarga. "Básicamente, no hay cambios del ciclo 1 al ciclo 100, por lo que no tenemos motivos para pensar que el ciclo 102 no será el mismo, "Dijo Pol.
Henry Hamann, un estudiante graduado de química en Purdue, sintetizó la estructura de nanocadenas de antimonio y Jassiel Rodríguez, un candidato postdoctoral de ingeniería química de Purdue, probado el rendimiento de la batería electroquímica.
El diseño del electrodo tiene el potencial de ser escalable para baterías más grandes, dicen los investigadores. El equipo planea probar el diseño en baterías de celda de bolsa a continuación.
