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Estas baterías podrían almacenar cinco veces más energía al imitar los intestinos humanos

Estas baterías podrían almacenar cinco veces más energía al imitar los intestinos humanos

Investigadores de la Universidad de Cambridge crearon un nuevo tipo de batería que promete un almacenamiento más prolongado gracias a su diseño inspirado en el intestino.

El prototipo utiliza una celda de batería de litio-azufre en lugar del tipo tradicional de iones de litio. Esto haría que las baterías fueran lo suficientemente densas en energía como para durar un uso extensivo.

[Imagen cortesía de Teng Zhao / Universidad de Cambridge]

En la actualidad, el ion-litio es la química de batería de más rápido crecimiento y más prometedora. Pero un tipo de batería recargable de iones de litio ha tenido prioridad en los últimos años. Son Batería de litio-azufre (azufre).

Sin embargo, las baterías de litio-azufre tienden a degradarse rápidamente. Para superar este inconveniente, los investigadores diseñaron la batería de litio-azufre de próxima generación con hasta cinco veces la densidad de energía de un ion de litio al imitar la estructura de las células que absorben nutrientes.

Los investigadores del Departamento de Ciencia de Materiales y Metalurgia de Cambridge, bajo la dirección del Dr. Vasant Kumar, en asociación con el Instituto de Tecnología de Beijing, desarrollaron y probaron un material nanoestructurado liviano que se asemeja a las vellosidades. En el cuerpo humano, las vellosidades intestinales son numerosas proyecciones filiformes que cubren la superficie de la membrana mucosa que recubre el intestino delgado. Las vellosidades absorben los líquidos y nutrientes durante la digestión.

Las baterías de litio-azufre disuelven y difunden polisulfuros en electrolitos orgánicos líquidos que dificultan el almacenamiento de energía. Para atrapar y reutilizar los polisulfuros sin restringir la conductividad de los iones de litio, se coloca una capa bioinspirada, similar a un cepillo, que consta de nanocables de óxido de zinc (ZnO) y estructuras conductoras interconectadas que se asemejan a la estructura de las vellosidades, en la superficie de una de las electrodos de la batería.

Estructura básica de la batería de iones de litio:

Está formado por tres componentes: un ánodo (electrodo negativo), un cátodo (electrodo positivo) y un electrolito en el medio. Los materiales estructurados en capas generales para el ánodo son grafito y óxido de litio y cobalto para el cátodo. A través del electrolito, los iones de litio cargados positivamente se mueven hacia adelante y hacia atrás desde el cátodo hacia el ánodo. Sin embargo, la estructura cristalina de los materiales del electrodo determina cuánta energía se puede inyectar en la batería.

El diseño:

Las capas de vellosidades están compuestas por diminutos nanocables de óxido de zinc unidimensionales. Estos forman un enlace químico muy fuerte con los polisulfuros. Esto permite que el material activo se utilice durante más tiempo, aumentando así la vida útil de la batería. La gran superficie fija el material activo a una estructura conductora que lo hace reutilizable.

El equipo realizó pruebas con espuma de níquel macroporosa disponible comercialmente como columna vertebral conductora. Más tarde, para aplicaciones prácticas, la espuma se reemplazó por una esterilla de nanofibra de carbono (C) micro / mesoporosa ultraligera para reducir el peso total de la batería.

Aunque se ha mejorado la carga y descarga de la batería, todavía no puede pasar por tantos ciclos de carga como una batería de iones de litio. Además, una batería de litio-azufre no necesita cargarse con tanta frecuencia como una batería de iones de litio debido a que el aumento en la densidad de energía cancela el menor número total de ciclos de carga-descarga. Las baterías fueron diseñadas para fines de investigación. Sin embargo, aún faltan años para las baterías de litio-azufre disponibles comercialmente.

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“Es una cosa pequeña, esta capa, pero es importante. Esto nos ayuda a superar el cuello de botella que impide el desarrollo de mejores baterías ”, dijo el coautor del estudio, el Dr. Paul Coxon, del Departamento de Ciencia de Materiales y Meta de Cambridge.

Para conocer más detalles consulteMateriales funcionales avanzados.

A través de la Universidad de Cambridge

Escrito por Alekhya Sai Punnamaraju

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