Las baterías de iones de litio están en todas partes y son de uso tan común. Dado que son tan ubicuos, los científicos han estado buscando durante mucho tiempo mejorar su producción experimentando con las diversas microestructuras dentro de ellos. Lo que han descubierto es que pueden administrar una mejor capacidad si sus electrodos de microescala tienen poros y canales. Como resultado, estas estructuras permiten que el litio se transporte a través de la batería de manera eficiente. Ahora, los científicos buscan crear baterías de alta eficiencia con electrodos conectados en microredes impresas en 3D con porosidad controlable.
La investigación es una colaboración entre la Universidad Carnegie Mellon y la Universidad de Ciencia y Tecnología de Missouri . Usando geometrías complejas, los investigadores aumentaron tanto la capacidad como las tasas de descarga. Otra gran característica es que los electrodos mantuvieron su estructura geométrica sin deformarse incluso después de cuarenta ciclos electroquímicos. El sistema ahora es más robusto y puede gestionar características de eficiencia mucho mejores con el mismo peso.
“ En el caso de las baterías de iones de litio, los electrodos con arquitecturas porosas pueden conducir a mayores capacidades de carga ”, dice Rahul Panat, profesor asociado de ingeniería mecánica en la Universidad Carnegie Mellon. “ Esto se debe a que tales arquitecturas permiten que el litio penetre a través del volumen del electrodo, lo que conduce a una utilización muy alta del electrodo y, por lo tanto, a una mayor capacidad de almacenamiento de energía. En baterías normales, el 30-50% del volumen total del electrodo no se utiliza. Nuestro método supera este problema mediante el uso de la impresión 3D, en la que creamos una arquitectura de electrodo de microrejilla que permite el transporte eficiente de litio a través de todo el electrodo, lo que también aumenta las tasas de carga de la batería «.
Impresión de mejores baterías
Se puede ver la integración de la estructura en la imagen de arriba, tejiendo a través de la forma sólida de la batería. La celosía crea canales para el transporte eficaz de electrolito dentro del volumen de material. Los investigadores lograron esta hazaña a microescala con el uso de la impresión 3D Aerosol Jet . Los métodos de chorro de aerosol permiten la deposición de gotas y un mayor control a una escala más pequeña, mientras que los métodos de extrusión típicos no podrían funcionar a este nivel.
“ Debido a que estas gotas están separadas unas de otras, podemos crear estas nuevas geometrías complejas ”, dice Panat. “ Si se tratara de un solo flujo de material, como es el caso de la impresión por extrusión, no podríamos fabricarlos. Esto es algo nuevo. No creo que nadie hasta ahora haya utilizado la impresión 3D para crear este tipo de estructuras complejas «.
Imagen destacada cortesía de Rahul Panat, Facultad de Ingeniería de la Universidad Carnegie Mellon. Recuperado a través de Science Daily.
