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Baterías que se recargan en segundos
Se ha utilizado una nueva forma de fabricar electrodos de batería basada en espumas metálicas nanoestructuradas para fabricar una batería de iones de litio que se puede cargar al 90 por ciento en dos minutos. Si el método se puede comercializar, podría dar lugar a portátiles que se carguen en unos minutos o teléfonos móviles que se carguen en 30 segundos.
Poder de la espuma: Este cátodo de batería de iones de litio se puede usar para hacer una batería que contenga tanta energía como una convencional, pero que se recargue cien veces más rápido.
Los métodos utilizados para fabricar los electrodos de carga ultrarrápida son compatibles con una variedad de químicas de baterías; los investigadores también las han utilizado para fabricar baterías de níquel-hidruro metálico, del tipo que se utiliza comúnmente en vehículos híbridos y eléctricos.
La rapidez con la que una batería puede cargarse y luego liberar esa energía está limitada principalmente por el movimiento de electrones e iones dentro y fuera del cátodo, el electrodo que es negativo durante la recarga. Los investigadores han intentado utilizar materiales nanoestructurados para mejorar el proceso, pero por lo general existe una compensación entre la capacidad total de almacenamiento de energía (que determina cuánto tiempo puede funcionar una batería antes de necesitar una recarga) y las tasas de carga. La gente resolvió la mitad del problema, dice Paul Braun , profesor de ciencia e ingeniería de materiales en la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign.
El grupo de Braun ha fabricado espumas metálicas muy porosas recubiertas con una gran cantidad de materiales de batería activos. El metal proporciona una alta conductividad eléctrica y, aunque es poroso, la estructura contiene suficiente material activo para almacenar una cantidad suficiente de energía. Los poros permiten que los iones se muevan sin obstáculos.
El primer paso para hacer los cátodos es crear una suspensión de esferas de polímero en la superficie de un sustrato conductor. Debido a su forma y carga superficial, las esferas se autoensamblan en un patrón regular. Luego, los investigadores de Illinois utilizan una técnica común llamada galvanoplastia para llenar el espacio entre las esferas con níquel. A continuación, disuelven las esferas de polímero y la mayor parte del metal para dejar una esponja de níquel que tiene aproximadamente un 90 por ciento de espacio abierto. Finalmente, cultivan el material activo encima de la esponja.
Está a cierta distancia de un producto, pero tenemos demostraciones de laboratorio bastante buenas con baterías de níquel-hidruro metálico y de iones de litio, dice Braun. El grupo de Illinois ha fabricado baterías de iones de litio que se cargan casi por completo en unos dos minutos. El método debería ser aplicable a los tamaños de celda necesarios para computadoras portátiles y automóviles eléctricos, aunque los investigadores aún no los han creado.
El desempeño que obtuvieron no tiene precedentes, dice Andreas Stein, profesor de química en la Universidad de Minnesota. Stein fue pionero en el método de creación de plantillas de partículas de polímero que utilizó el grupo de Braun. El trabajo de Braun se describe en la revista Nanotecnología de la naturaleza .
Jeff Dahn , profesor de física en la Universidad de Dalhousie, se muestra escéptico de que estos electrodos terminen alguna vez en productos. Cuando miras el diagrama de flujo para hacer esta estructura, es bastante complicado y eso va a ser costoso, dice.
Braun reconoce: Hay mucha gente que crea estructuras [de electrodos] elegantes, pero fabricarlas es complicado. Sin embargo, dice que su proceso de fabricación combina métodos existentes que actualmente se utilizan ampliamente para fabricar otros productos, si no para fabricar baterías, y que no debería ser demasiado difícil adaptarlos. El proceso agregaría pasos adicionales para hacer una batería, pero estos pasos no son particularmente costosos ni complejos, dice Braun.
A continuación, el grupo de Braun probará la estructura del electrodo con una gama más amplia de componentes químicos de la batería y trabajará para mejorar la otra mitad de las baterías, el ánodo, un proyecto más complicado.