Los "defectos" controlables mejoran el rendimiento de las baterías de iones de litio
"Esta técnica abre la puerta, por así decirlo, a los iones de litio, por lo que mejora la capacidad de corriente"
Un nuevo estudio de la Universidad Estatal de Carolina del Norte, realizado en colaboración con investigadores del Laboratorio Nacional Oak Ridge del Departamento de Energía de EE.UU., demuestra que los pulsos extremadamente cortos de un láser de alta potencia pueden provocar pequeños defectos en los materiales de las baterías de iones de litio, defectos que pueden mejorar su rendimiento.
El rendimiento de las baterías de iones de litio, como las utilizadas en los dispositivos electrónicos móviles, recibe una sacudida del recocido por láser pulsado en nanosegundos (imagen simbólica).
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La técnica, denominada recocido por láser pulsado en nanosegundos, dura sólo 100 nanosegundos y se genera con el mismo tipo de láser que se utiliza en las cirugías oculares modernas. Los investigadores probaron la técnica en grafito, un material muy utilizado en los ánodos de las baterías de iones de litio, o electrodos positivos. Probaron la técnica en lotes de 10 pulsos y 80 pulsos y compararon las diferencias en la capacidad de corriente; la potencia se calcula multiplicando el voltaje por la corriente.
Las baterías de iones de litio se utilizan mucho en dispositivos electrónicos portátiles y coches eléctricos. Con nuevas mejoras, estas baterías podrían tener un gran impacto en el transporte y como dispositivos de almacenamiento para fuentes de energía renovables como la eólica y la solar.
Según Jay Narayan, titular de la Cátedra John C. Fan de Ciencia de los Materiales de la Universidad Estatal de Carolina del Norte y autor del artículo que describe el trabajo, el estudio arrojó una serie de resultados interesantes. Narayan fue pionero en el uso de láseres para crear y manipular defectos en semiconductores en trabajos que abarcan más de cuatro décadas.
"Los defectos de los materiales pueden ser una molestia, pero si se manipulan correctamente pueden convertirse en una ventaja", explica. "Esta técnica abre la puerta, por así decirlo, a los iones de litio, por lo que mejora la capacidad de corriente". Los ánodos de grafito están formados por escalones y ranuras en la superficie: crear más escalones es como crear más puertas para que entren y salgan los iones de litio, lo cual es beneficioso".
"La técnica también crea defectos llamados vacantes, que son átomos que faltan, y eso ayuda a proporcionar más sitios para que los iones de litio entren y salgan, lo que está relacionado con la capacidad de corriente".
La capacidad de corriente aumentó un 20% cuando se utilizó el número óptimo de pulsos, que estaba más cerca de 10 que de 80 pulsos.
Sin embargo, el estudio también demostró que demasiado de algo bueno puede ser malo, ya que demasiados defectos en los ánodos de grafito pueden provocar problemas.
"El ion de litio tiene carga positiva, por lo que si captura un electrón se convierte en metal de litio, y eso no es lo que queremos", explica Narayan. "El metal de litio dispara pequeñas dendritas de alambre desde el ánodo de grafito y puede provocar un incendio. Por eso hay que asegurarse de que el ion de litio no se convierta en metal".
Narayan afirma que los fabricantes deberían tener la capacidad de utilizar el recocido por láser de pulsos de nanosegundos cuando produzcan tanto ánodos como cátodos, los otros electrodos que contienen las baterías.
"Estos láseres de alta potencia existen, y se pueden tratar ánodos y cátodos en un microsegundo", dijo Narayan. "Los cátodos o ánodos se fabrican en una lámina, lo que hace que el tratamiento sea relativamente rápido y sencillo".
Narayan y sus colegas de la Universidad de Texas-Austin publicaron recientemente otro trabajo en el que utilizaban la misma técnica láser en materiales catódicos. Publicado en ACS Applied Materials and Interfaces, ese estudio demostró que el tratamiento con láser mejoraba los materiales catódicos.
"A continuación, intentamos eliminar la necesidad de utilizar materiales más caros, como el cobalto en los cátodos de las pilas, para fabricar pilas de mayor potencia y duración", explica Narayan.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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