Colectores de corriente trenzados para electrónica portátil

La estructura trenzada del núcleo aumenta la densidad energética de las baterías de fibra de iones de litio

05.05.2023 - China

Un hilo trenzado ultrafino en el núcleo de un electrodo aumenta la densidad energética de las baterías de iones de litio, según informa un equipo de investigadores en la revista Angewandte Chemie. Las baterías de este tipo podrían incorporarse a tejidos funcionales y utilizarse para suministrar energía a smartphones y otros dispositivos electrónicos mientras los llevamos puestos. La nueva estructura trenzada del colector de corriente sustituye a un único hilo continuo y mejora el transporte de iones dentro del electrodo, lo que aumenta la densidad de carga.

Las baterías de iones de litio (LIB) son omnipresentes en dispositivos que van desde los teléfonos inteligentes a los coches eléctricos. Las conocemos por estar formadas por una pila de electrodos en un diseño voluminoso o cilíndrico. Una novedosa variante de batería reduce la pila a las dimensiones de un hilo formado por dos largas fibras de electrodos enrolladas entre sí. Tejidas en tela, estas baterías de fibra (FLIB), muy ligeras, pueden suministrar energía a dispositivos electrónicos portátiles. Las baterías de fibra fueron declaradas por la IUPAC una de las diez tecnologías emergentes más importantes de la química en 2022.

Sin embargo, hay un problema que debe resolverse antes de que las baterías de fibra puedan utilizarse para suministrar energía a tiendas de campaña, ropa funcional, etc.; sobre todo en fibras largas, la densidad de energía es demasiado baja para ser útil. Huisheng Peng y un equipo de investigadores de la Universidad Fudan de Shanghai (China) han descubierto ahora que rediseñar el colector de corriente del electrodo podría resolver este problema.

El equipo decidió sustituir el colector de corriente, que es un fino hilo metálico continuo dentro del electrodo de grafito, por una trenza hecha de varios hilos metálicos mucho más finos. Para fabricar la trenza, desenrollaron varios hilos metálicos ultrafinos de husillos y los trenzaron en un hilo trenzado central, que luego se recubrió de grafito sobre todo el electrodo.

El nuevo colector de corriente trenzado era igual de estable que el hilo continuo, pero permitía aumentar la densidad de energía al interactuar con el grafito. Como explica el equipo "La estructura de trenzado diseñada conduce a canales llenos de materiales activos, reduciendo la obstrucción al transporte de iones de litio y aumentando la capacidad de carga de los materiales activos". Este aumento de la densidad energética también se demostró en las pruebas: se fabricó un tejido textil que contenía 40 FLIB de un metro de longitud con colectores de corriente trenzados. Este textil basado en FLIB fue capaz de cargar un smartphone del 30 al 57 por ciento, mientras que el diseño convencional de FLIB que utilizaba un cable colector de corriente continuo sólo conseguía alcanzar el 52 por ciento.

Este aumento de la eficiencia se consiguió con un cambio relativamente sencillo en el diseño del colector de corriente. Esto es especialmente importante para las baterías de fibra larga, que tienen que ser robustas, estables y también ligeras.

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