Los electrodos impresos en 3D y microingeniería podrían reducir los costos de fabricación de la batería

Los electrodos impresos en 3D y microingeniería podrían reducir los costos de fabricación de la batería


05/08/2022

(Noticias de Nanowerk) Los electrodos de microrredes de carbono nuevos, fáciles de fabricar y de alto rendimiento pronto podrían usarse para fabricar baterías más baratas que funcionen con iones de sodio fácilmente disponibles. El enfoque fue publicado en la revista por investigadores y colegas de la Universidad de Tohoku. Pequeña («Una rejilla de carbono independiente impresa en 3D para baterías de iones de sodio»).

Las baterías de iones de litio se utilizan en una amplia gama de aplicaciones, desde teléfonos inteligentes hasta automóviles eléctricos, debido a su alto rendimiento y capacidad para almacenar grandes cantidades de energía. Sin embargo, estas baterías son costosas de producir, las reservas del metal se agotan rápidamente y su extracción puede tener un impacto negativo en el medio ambiente. Los científicos quieren reducir los costos de fabricación de baterías y encontrar una manera de desbloquear el potencial de los iones de sodio disponibles más ampliamente. Rejilla de carbono independiente impresa en 3D para baterías de iones de sodio Las cuadrículas impresas en 3D se fabricaron en tres tamaños diferentes. La carbonización por pirólisis encogió el electrodo y aumentó su rendimiento. (Imagen: Universidad de Tohoku)

Akira Kudo, científico de materiales de la Universidad de Tohoku, Ph.D. El estudiante de la Universidad de California, Los Ángeles, Yuto Katsuyama y sus colegas están buscando formas de lograr baterías de bajo costo y alto rendimiento aumentando la cantidad cargada de materiales activos utilizados para convertir una batería en una sola celda de batería. Esto reduciría los materiales inactivos utilizados para unir varias celdas. Sin embargo, esto requiere la fabricación de electrodos más gruesos, lo que restringiría el movimiento de iones, y por lo tanto la carga eléctrica, dentro de la batería.

Kudo y su equipo abordaron esto mediante el desarrollo de un enfoque que produce electrodos (ánodos) microestructurados, de alto rendimiento y cargados negativamente.

El enfoque implica el uso de estereolitografía 3D para imprimir estructuras de microrrejilla de resina. Luego, las microredes se encogen al carbonizarse mediante un proceso llamado pirólisis. Se descubrió que los ánodos de carbón duro resultantes permitían el transporte rápido de iones productores de energía. A medida que el equipo hizo la estructura de celosía más fina, su rendimiento también mejoró. A medida que aumenta la resolución de las impresoras 3D, las baterías de iones de sodio podrían eventualmente superar a las baterías de iones de litio, dice Kudo.

A continuación, el equipo planea utilizar el mismo enfoque para fabricar electrodos (cátodos) cargados positivamente. El objetivo final es utilizar estos electrodos finamente estructurados para crear baterías de iones de sodio potentes y de bajo costo.



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