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El campo magnético ayuda a los electrodos de batería más gruesos.

imagen: Un campo magnético mejora un electrodo grueso para baterías de iones de litio.
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Crédito: Universidad de Texas en Austin

Con la creciente popularidad de los autos eléctricos, destaca algunos de los principales problemas restantes. Investigadores de la Universidad de Texas en Austin están abordando dos de los mayores desafíos que enfrentan los autos eléctricos: alcance limitado y recarga lenta.

Los investigadores han creado un nuevo tipo de electrodo para baterías de iones de litio que puede liberar más energía y cargarse más rápido. Hicieron esto mediante la creación de electrodos más gruesos, las partes de la batería cargadas positiva y negativamente que proporcionan energía al dispositivo, utilizando imanes para crear una alineación única que evita problemas comunes asociados con el tamaño de estos componentes críticos.

El resultado es un electrodo que puede proporcionar el doble de alcance con una sola carga de un vehículo eléctrico, en comparación con una batería que utiliza un electrodo comercial existente.

dijo Guihua Yu, profesor en UT Austin’s Walker en el Departamento de Ingeniería Mecánica y el Instituto de Materiales de Texas. “Sin embargo, para las baterías de próxima generación de alta energía basadas en un diseño de electrodo más grueso, volver a ensamblar las nanoplacas como bloques de construcción puede causar cuellos de botella significativos en la transferencia de carga, lo que dificulta lograr una alta potencia y una carga rápida”.

Discovery key, publicado en procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias, usa materiales bidimensionales delgados como bloques de construcción para un electrodo, los apila para crear espesores y luego usa un campo magnético para manipular sus orientaciones. El equipo de investigación utilizó imanes disponibles comercialmente durante el proceso de fabricación para colocar los materiales bidimensionales en alineación vertical, creando un camino rápido para que los iones viajen a través del electrodo.

Por lo general, los electrodos más gruesos obligan a los iones a viajar distancias más largas para viajar a través de la batería, lo que ralentiza el tiempo de carga. La típica alineación horizontal de las capas de materiales que componen el electrodo obliga a los iones a moverse en espiral de un lado a otro.

«Nuestro electrodo muestra un rendimiento electroquímico superior en parte debido a la alta resistencia mecánica, la alta conductividad eléctrica y el transporte de iones de litio facilitado gracias a la arquitectura única que diseñamos», dijo Zhengyu Ju, estudiante graduado en Yu Research Group que lidera este proyecto. .

Además de comparar su electrodo con un electrodo comercial, también fabricaron un electrodo dispuesto horizontalmente utilizando los mismos materiales con fines de control experimental. Pudieron recargar el electrodo vertical grueso a un nivel de potencia del 50% en 30 minutos, en comparación con las 2 horas y 30 minutos con el electrodo horizontal.

Los investigadores enfatizaron que están comenzando su trabajo en este campo. Solo observaron un tipo de electrodo de batería en esta investigación.

Su objetivo es generalizar su metodología para capas de electrodos organizadas verticalmente para aplicarla a diferentes tipos de electrodos que utilizan otros materiales. Esto podría ayudar a que la tecnología se adopte ampliamente en la industria, por lo que podría habilitar las baterías de carga rápida y de mayor energía del futuro que alimentan los vehículos eléctricos.

El equipo de investigación, de la Universidad de Texas en Austin, incluye a: Yu, Ju, Xiao Xu, Xiao Zhang y Casun Yu Raigama; y del Laboratorio Nacional Stony Brook/Brookhaven: Steven T. King, Kenneth J. Takeuchi, Amy C. Marschilok, Lei Wang y Esther S. Takeuchi. La investigación fue financiada por el Departamento de Energía de EE. UU. a través del Centro de Investigación de Fronteras de Energía multiinstitucional y el Centro de Características de Transporte a Media Escala.


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