Un nuevo tipo de batería impresa en 3D que utiliza electrodos hechos de almidón vegetal y nanotubos de carbono puede proporcionar a los dispositivos móviles mayor capacidad y energía más ecológica.
Las baterías de iones de litio son livianas, compactas y tienen la capacidad de soportar muchos ciclos de carga y descarga. Esto los hace ideales para usar en varios dispositivos, como computadoras portátiles, teléfonos móviles, relojes inteligentes y automóviles eléctricos.
Como muchas baterías, las baterías de iones de litio constan de un electrodo positivo generalmente hecho de óxido de litio, manganeso y cobalto o fosfato de hierro y litio y un electrodo negativo generalmente hecho de metal litio. Durante el proceso de carga, los iones de litio fluyen desde el electrodo positivo a través del electrolito, fluyen hacia el electrodo negativo y se almacenan allí. Durante el uso, los iones fluyen en la dirección opuesta y generan energía para generar energía a través de reacciones electroquímicas.
Una de las limitaciones físicas de la cantidad de energía que puede almacenar y liberar un diseño de batería de iones de litio es el grosor de sus electrodos. Los electrodos más gruesos limitan la difusión de iones a través de los electrodos y, por lo tanto, limitan la capacidad de las baterías de iones de litio. El aumento del grosor del electrodo también reducirá su tolerancia a la tensión, haciéndolo más susceptible a agrietarse. Cuando el electrodo se rompe, la batería se vuelve inútil.
La batería del equipo de Glasgow tiene como objetivo lograr un mejor equilibrio entre el tamaño del electrodo y el área de la superficie mediante la introducción de poros o poros de tamaño nano y micro en el diseño. En comparación con los electrodos sólidos con las mismas dimensiones externas, pueden aumentar en gran medida el área de la superficie al hacer agujeros finos en la superficie y el interior de los electrodos.
Con este fin, utilizaron la impresión 3D para controlar estrictamente el tamaño y la posición de cada orificio en el electrodo.
Cargaron los materiales que desarrollaron en su impresora 3D, que combinaba ácido poliláctico, fosfato de hierro y litio y nanotubos de carbono. El ácido poliláctico es un material biodegradable procesado a partir de almidón de maíz, caña de azúcar y remolacha azucarera, que puede mejorar el reciclaje de las baterías.
Realizaron experimentos y fabricaron tres electrodos circulares con espesores de 100, 200 y 300 micrones. Cada electrodo se probó con una combinación diferente de materiales. El número de nanotubos de carbono en la mezcla de materiales se cambió del 3% al 10% en peso, y la porosidad se cambió del 10% al 70%, introduciendo así un nuevo material en el Electrodo completo Rejilla de orificios controlados.
Una batería de electrodos de 300 micrones con una porosidad del 70% se desempeñó mejor durante la prueba, con una capacidad específica de 151 miliamperios hora / gramo (mAh / g), que es una medida estándar de la cantidad de carga que puede contener. Esto es dos o tres veces el rendimiento de las baterías de iones de litio convencionales con electrodos de estado sólido del mismo grosor.
El electrodo más grueso de 300 micrones tiene una mayor porosidad y, por lo tanto, una mayor superficie, lo que también afecta la capacidad real de la batería. En comparación con los 1,7 mAh cm-2 obtenidos en un electrodo de 100 micrones, el electrodo más grueso puede almacenar 4,4 miliamperios hora por centímetro cuadrado (o mAh cm-2), lo que representa un aumento del 158%.
La investigación fue dirigida por el Dr. Shanmugam Kumar de la Escuela de Ingeniería James Watt de la Universidad de Glasgow y colegas de la Universidad Tecnológica de Califato, Abu Dhabi, la Universidad Texas A&M y la Universidad Estatal de Texas. Estados Unidos.
Fuente:
https://ecoinventos.com/bateria-vegetal-reciclable/
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