Baterías de iones de litio que duran más en el frío extremo
Una batería de iones de litio fabricada con un material de ánodo a base de carbono con baches mantuvo su capacidad de almacenamiento recargable en el frío extremo
Cuando las temperaturas caen por debajo del punto de congelación, los teléfonos móviles deben recargarse con frecuencia, y los coches eléctricos tienen una menor autonomía. Esto se debe a que los ánodos de las baterías de iones de litio se vuelven más lentos, retienen menos carga y agotan la energía rápidamente. Para mejorar el rendimiento eléctrico en el frío extremo, los investigadores que informan en ACS Central Science han sustituido el ánodo de grafito tradicional de una batería de iones de litio por un material a base de carbono con baches, que mantiene su capacidad de almacenamiento recargable hasta -31 F.
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Las baterías de iones de litio son excelentes para alimentar aparatos electrónicos recargables porque pueden almacenar mucha energía y tienen una larga vida útil. Pero cuando las temperaturas caen por debajo del punto de congelación, el rendimiento eléctrico de estas fuentes de energía disminuye, y cuando las condiciones son lo suficientemente frías, pueden no transferir ninguna carga. Por eso algunas personas que viven en el Medio Oeste de Estados Unidos tienen problemas con sus coches eléctricos en pleno invierno, y por eso es arriesgado utilizar estas baterías en exploraciones espaciales. Recientemente, los científicos determinaron que la orientación plana del grafito en el ánodo es responsable de la caída de la capacidad de almacenamiento de energía de una batería de iones de litio en el frío. Por ello, Xi Wang, Jiannian Yao y sus colegas quisieron modificar la estructura superficial de un material basado en el carbono para mejorar el proceso de transferencia de carga del ánodo.
Para crear el nuevo material, los investigadores calentaron a altas temperaturas un marco de imidazolato de zeolita que contiene cobalto (conocido como ZIF-67). Las nanoesferas de carbono resultantes, de 12 lados, presentaban superficies abultadas que demostraban una excelente capacidad de transferencia de carga eléctrica. A continuación, el equipo probó el rendimiento eléctrico del material como ánodo, con metal de litio como cátodo, dentro de una batería en forma de moneda. El ánodo demostró una carga y descarga estables a temperaturas de entre 77 F y -4 F y mantuvo el 85,9% de la capacidad de almacenamiento de energía a temperatura ambiente justo por debajo del punto de congelación. En comparación, las baterías de iones de litio fabricadas con otros ánodos basados en el carbono, como el grafito y los nanotubos de carbono, casi no mantenían la carga a temperaturas de congelación. Cuando los investigadores redujeron la temperatura del aire a -31 F, el ánodo fabricado con nanoesferas abultadas seguía siendo recargable y, durante la descarga, liberaba casi el 100% de la carga introducida en la batería. Según los investigadores, la incorporación del material de las nanoesferas en las baterías de iones de litio podría abrir las posibilidades de utilizar estas fuentes de energía a temperaturas extremadamente bajas.
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