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Nueva tecnología mejora la capacidad y la velocidad de carga de las baterías recargables

 

El solo imaginar no tener que cargar el teléfono móvil todos los dias y además que solo se cargue en 15 minutos es al parecer un sueño que está bien cerca de realizarse. La batería de ensueño podría estar más cerca a la realidad gracias a la investigación de la Universidad de Northwestern publicada en la revista Advanced Energy Materials.

El equipo de ingeniero creó un electrodo para las baterías recargables de iones -litio – como las que se encuentran en los teléfonos móviles e iPods y que permite que las baterías puedan mantener su carga hasta 10 veces más que la tecnología actual. No solo eso, las baterías con el nuevo electrodo también se pueden cargar 10 veces más rápido que las baterías actuales.

Los investigadores combinaron dos métodos de ingeniería química para abordar los dos principales limitaciones de la batería – la capacidad de energía y la velocidad de carga – de un solo golpe. Además de los mejores de las baterías para los teléfonos celulares y Tablets, la tecnología podría allanar el camino para el desarrollo más eficiente de pequeñas baterías para coches eléctricos.

La tecnología podría ser visto en el mercado en los próximos tres a cinco años, según los investigadores.

Según los ingenieros, incluso después de 150 cargas, lo que equivale a un año o más de funcionamiento, la batería sigue siendo cinco veces más eficaz que las actuales baterías de iones de litio en el mercado hoy.

Las baterías de litio se cargan a través de una reacción química en la que los iones de litio se envían entre dos extremos de la batería, el ánodo y el cátodo. Con la tecnología actual, el rendimiento de una batería de iones de litio es limitado en dos sentidos. Su capacidad de energía – sobre el tiempo que puede mantener la carga – se ve limitada por la densidad de carga, o la cantidad de iones de litio que puede ser embalados en el ánodo o el cátodo. Mientras tanto, la tasa de una carga de la batería – la velocidad a la que se recarga – se ve limitada por otro factor: la velocidad a la que los iones de litio pueden hacer su recorrido desde el electrolito en el ánodo.

En las actuales baterías recargables, el ánodo – hecho de finas capas de láminas de grafeno – sólo puede acomodar a un átomo de litio por cada seis átomos de carbono. Para aumentar la capacidad de la energía, los científicos han experimentado con anterioridad con el reemplazo del carbón por el silicio. El silicio puede acomodar mucho más litio: cuatro átomos de litio por cada átomo de silicio. Sin embargo, el silicio se expande y contrae de manera espectacular en el proceso de carga, causando la fragmentación y la pérdida de su capacidad de carga rápida.

En esta investigación han combinado dos técnicas para combatir estos dos problemas. En primer lugar, para estabilizar el silicio con el fin de mantener la capacidad de carga máxima, intercalaron los grupos de silicio entre las láminas de grafeno. Esto permitió un mayor número de átomos de litio en el electrodo mientras se utiliza la flexibilidad de las hojas de grafeno para adaptarse a los cambios de volumen del silicio durante su uso.

Esta investigación se ha centrado todo en el ánodo; proximamente los investigadores comenzarán a estudiar los cambios en el cátodo que podría aumentar aún más la eficacia de las baterías. También desarrollarán un nuevo sistema electrolítico que permita que la batería se desconecte automáticamente y de forma reversible durante las altas temperaturas, un mecanismo de seguridad que podría ser vital en las aplicaciones para los vehículos eléctricos.

Referencia

Xin Zhao, Cary M. Hayner, Mayfair C. Kung, Harold H. Kung. In-Plane Vacancy-Enabled High-Power Si-Graphene Composite Electrode for Lithium-Ion BatteriesAdvanced Energy Materials, 2011; 1 (6): 1079 DOI: 10.1002/aenm.201100426

 

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Francisco P. Chávez Profesor Asistente, Laboratorio de Microbiología Molecular y Biotecnología Departamento de Biología Facultad de Ciencias Universidad de Chile

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Francisco P. Chávez Ph.D
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