Baterías de iones de litio que duran más en frío extremo

Baterías de iones de litio que duran más en frío extremo


Una batería de iones de litio fabricada con un material de ánodo a base de carbono lleno de baches mantuvo su capacidad de almacenamiento recargable en condiciones de frío extremo.

Cortesía de Ciencias centrales de la ACS.

Cuando las temperaturas descienden por debajo del punto de congelación, los teléfonos móviles necesitan cargarse con frecuencia y los coches eléctricos tienen autonomías más cortas. Esto se debe a que los ánodos de sus baterías de iones de litio se vuelven lentos, retienen menos carga y consumen energía rápidamente. Para mejorar el rendimiento eléctrico en condiciones de frío extremo, los investigadores informan en Ciencias centrales de la ACS han reemplazado el ánodo de grafito tradicional en una batería de iones de litio con un material irregular a base de carbono que mantiene su capacidad de almacenamiento recargable hasta -31 °F.

Las baterías de iones de litio son excelentes para alimentar dispositivos electrónicos recargables porque pueden almacenar mucha energía y tienen una larga vida útil. Pero cuando las temperaturas descienden por debajo del punto de congelación, la producción eléctrica de estas fuentes de energía disminuye y, cuando las condiciones son lo suficientemente frías, no pueden transferir carga. Esta es la razón por la cual algunas personas que viven en el medio oeste de los EE. UU. tienen problemas con sus autos eléctricos en pleno invierno y por qué es arriesgado usar estas baterías en la exploración espacial. Recientemente, los científicos descubrieron que la disposición plana del grafito en el ánodo es responsable de que la capacidad de almacenamiento de energía de una batería de iones de litio disminuya cuando se enfría. Por lo tanto, Xi Wang, Jiannian Yao y sus colegas querían modificar la estructura de la superficie de un material a base de carbono para mejorar el proceso de transferencia de carga del ánodo.

Para crear el nuevo material, los investigadores calentaron un marco de imidazolato de zeolita que contenía cobalto (conocido como ZIF-67) a altas temperaturas. Las nanoesferas de carbono de 12 lados resultantes tenían superficies irregulares que exhibían excelentes capacidades de transferencia de carga eléctrica. Luego, el equipo probó el rendimiento eléctrico del material como ánodo con metal de litio como cátodo en una batería con forma de moneda. El ánodo demostró carga y descarga estables a temperaturas de 77 °F a -4 °F y mantuvo el 85,9 % de la capacidad de almacenamiento de energía a temperatura ambiente justo por debajo del punto de congelación. En comparación, las baterías de iones de litio fabricadas con otros ánodos a base de carbono, incluidos los nanotubos de grafito y carbono, casi no tenían carga a temperaturas bajo cero. Cuando los investigadores redujeron la temperatura del aire a -31°F, el ánodo, hecho de nanoesferas irregulares, aún era recargable, liberando casi el 100% de la carga puesta en la batería durante la descarga. La integración del material irregular de la nanoesfera en las baterías de iones de litio podría abrir las posibilidades de utilizar estas fuentes de energía a temperaturas extremadamente bajas, dicen los investigadores.

Los autores agradecen la financiación de los Fondos de Investigación Fundamental para las Universidades Centrales (China), la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China, el Ministerio de Ciencia y Tecnología de China, el Proyecto de Ciencia y Tecnología de la Provincia de Guangdong, el Laboratorio de Química e Ingeniería Química de Guangdong y la Universidad Jiaotong de Beijing. .

El resumen del artículo se puede encontrar aquí: http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acscentsci.2c00411.

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Ver estudio original.


 


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