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Apr 08, 2024

Investigadores de Georgia Tech desarrollan baterías de papel de aluminio para mejorar el rendimiento

La alta densidad de energía y la estabilidad son cualidades clave en una buena batería. Si bien las baterías de iones de litio han dominado el mercado durante las últimas tres décadas, los investigadores de baterías ahora buscan soluciones más seguras y

La alta densidad de energía y la estabilidad son cualidades clave en una buena batería. Si bien las baterías de iones de litio han dominado el mercado durante las últimas tres décadas, los investigadores de baterías ahora buscan alternativas más seguras, menos costosas y más potentes.

En el Instituto de Tecnología de Georgia, un equipo de investigadores dirigido por Matthew McDowell, profesor asociado de la Escuela de Ingeniería Mecánica George W. Woodruff y de la Escuela de Ciencia e Ingeniería de Materiales, ha logrado avances significativos en el desarrollo de baterías de papel de aluminio con mayor densidad energética. y mayor estabilidad.

El uso de aluminio como material para baterías ofrece varias ventajas. Es rentable, altamente reciclable y fácil de trabajar. Si bien anteriormente se consideraba que el aluminio no era adecuado para las baterías debido a su tendencia a fracturarse y fallar después de algunos ciclos de carga y descarga, la introducción de las baterías de estado sólido ha cambiado las reglas del juego.

Las baterías de estado sólido, que utilizan un material sólido no inflamable, se consideran más seguras que las baterías de iones de litio convencionales. Estas baterías también permiten la incorporación de nuevos materiales activos de alto rendimiento.

El equipo de Georgia Tech colaboró ​​con Novelis, un fabricante líder de aluminio y el reciclador de aluminio más grande del mundo, para explorar el potencial del papel de aluminio como material en el ánodo de la batería. Las láminas de aluminio puro obtuvieron malos resultados en las pruebas de baterías, pero los investigadores experimentaron mezclando pequeñas cantidades de otros materiales para crear láminas con microestructuras únicas.

Se probaron más de 100 materiales diferentes y el equipo descubrió que el ánodo de aluminio con la microestructura modificada mostraba un rendimiento y una estabilidad mejorados en baterías de estado sólido. El ánodo de aluminio pudo almacenar más energía y litio que otros tipos de materiales anódicos, lo que dio como resultado baterías con mayor densidad de energía.

Una de las ventajas notables del ánodo de aluminio es su rentabilidad. El uso de papel de aluminio directamente como componente de la batería elimina varios pasos de fabricación, lo que hace que el proceso de producción sea más eficiente y asequible.

El desarrollo de baterías de ánodo de aluminio tiene implicaciones importantes para las industrias de vehículos eléctricos y aviones eléctricos. Los vehículos eléctricos podrían potencialmente viajar distancias más largas con una sola carga, mientras que los aviones eléctricos podrían superar la limitación de los vuelos de corto alcance. Las baterías de ánodo de aluminio del equipo de McDowell tienen el potencial de allanar el camino para tecnologías de baterías más potentes.

Actualmente, el equipo de investigación está ampliando el tamaño de las baterías para comprender mejor cómo el tamaño afecta el comportamiento del aluminio. También están explorando activamente otros materiales y microestructuras para desarrollar láminas extremadamente asequibles para sistemas de baterías.

En general, esta investigación muestra el rejuvenecimiento del aluminio como material para baterías, gracias a nuevos conocimientos y a la tecnología de baterías de estado sólido. El prometedor rendimiento de las baterías de papel de aluminio abre posibilidades para una arquitectura de celda de batería más rentable y optimizada desde el punto de vista energético.

Referencia: Liu, Y., et al. (2023). Electrodos negativos de lámina de aluminio con microestructura multifásica para baterías de iones de litio de estado sólido. Comunicaciones de la naturaleza. doi.org/10.1038/s41467-023-39685-x.