Nuevo diseño de batería de iones de litio que es 2000 veces más potente y se recarga 1000 veces más rápido

Universidad de Illinois, batería de iones de litio de microestructura porosa 3D

Investigadores de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign han desarrollado una nueva tecnología de batería de iones de litio que es 2.000 veces más potente que las baterías comparables. Según los investigadores, esto no es simplemente un paso evolutivo en la tecnología de baterías, “Es una nueva tecnología habilitadora ... rompe los paradigmas normales de las fuentes de energía. Nos permite hacer cosas nuevas y diferentes '.

Actualmente, el almacenamiento de energía se trata de compensaciones. Puede tener mucha energía (vatios) o mucha energía (vatios-hora), pero generalmente no puede tener ambas. Supercondensadores puede liberar una gran cantidad de energía, pero solo por unos segundos; Las pilas de combustible pueden almacenar una gran cantidad de energía, pero tienen una potencia máxima limitada. Esto es un problema porque la mayoría de las aplicaciones modernas de tecnología de punta (teléfonos inteligentes, computadoras portátiles, vehículos eléctricos) requieren grandes cantidades de energía. y energía. Las baterías de iones de litio son actualmente la mejor solución para aplicaciones de alta potencia y energía, pero incluso los mejores diseños de baterías de iones de litio exigen que los diseñadores industriales y los ingenieros electrónicos hagan concesiones importantes al crear un nuevo dispositivo.

Lo que nos lleva claramente a la batería de la Universidad de Illinois, que tiene una densidad de potencia más alta que un supercondensador y, sin embargo, una densidad de energía comparable a las actuales baterías de iones de litio y níquel-zinc. De acuerdo a el comunicado de prensa de la universidad, esta nueva batería podría permitir que los dispositivos inalámbricos transmitan sus señales 30 veces más lejos o, quizás más útil, estar equipados con una batería que sea 30 veces más pequeña. Si eso no fuera suficiente, esta nueva batería es recargable y se puede cargar 1000 veces más rápido que las baterías de iones de litio convencionales. En resumen, esta es una batería de ensueño. (Ver:DoE pide una batería química con 5 veces la capacidad, dentro de 5 años, ¿se puede hacer?)



Diagrama que ilustra la Universidad de Illinois

Estos enormes avances provienen de una nueva estructura de cátodo y ánodo, iniciada por investigadores de la Universidad de Illinois. En esencia, una batería de iones de litio estándar normalmente tiene un ánodo bidimensional sólido hecho de grafito y un cátodo hecho de sal de litio. La nueva batería de Illinois, por otro lado, tiene un ánodo y un cátodo tridimensionales porosos. Para crear esta nueva estructura de electrodo, los investigadores construyeron una estructura de poliestireno (espuma de poliestireno) sobre un sustrato de vidrio, electrodepositaron níquel sobre el poliestireno y luego electrodepositaron níquel-estaño en el ánodo y dióxido de manganeso en el cátodo. El diagrama anterior hace un buen trabajo al explicar el proceso.

El resultado final es que estos electrodos porosos tienen un área de superficie masiva, lo que permite que se produzcan más reacciones químicas en un espacio determinado, lo que finalmente proporciona un impulso masivo a la velocidad de descarga (potencia de salida) y la carga. Hasta ahora, los investigadores han utilizado esta tecnología para crear una microbatería del tamaño de un botón, y puede ver en el gráfico a continuación qué tan bien se compara su batería con una pila de botón convencional Sony CR1620. La densidad de energía es ligeramente menor, pero la densidad de potencia es 2000 veces mayor. En el extremo opuesto del espectro de vanguardia: mayor densidad de energía, pero menor densidad de potencia, entonces La batería de litio-aire de IBM lidera actualmente el grupo.

Densidad de energía frente a densidad de energía para una variedad de tecnologías de baterías, incluida la Universidad de Illinois

Densidad de energía frente a densidad de potencia para una variedad de tecnologías de baterías, incluida la nueva batería de iones de litio de ánodo / cátodo microestructurado de la Universidad de Illinois

En el uso en el mundo real, esta tecnología probablemente se utilizará para equipar los dispositivos de consumo con baterías que son mucho más pequeñas y livianas: imagine un teléfono inteligente con una batería del grosor de una tarjeta de crédito, que se puede recargar en unos segundos. También habrá muchas aplicaciones fuera del espacio del consumidor, en entornos de alta potencia como láseres y dispositivos médicos, y otras áreas que normalmente utilizan supercondensadores, como los coches de Fórmula 1 y las herramientas eléctricas de recarga rápida. Sin embargo, para que esto ocurra, la Universidad de Illinois primero tendrá que demostrar que su tecnología se escala a tamaños de batería más grandes y que el proceso de producción no es prohibitivamente caro para la producción comercial. Aquí está la esperanza.

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