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Jun 19, 2023

La autonomía de los coches eléctricos puede verse impulsada por una nueva y revolucionaria tecnología de baterías

Debido a que el mercado de vehículos eléctricos ha experimentado un rápido crecimiento, con ventas superiores a 1 billón de dólares en 2022 y ventas nacionales superiores a 108.000 unidades, la demanda de baterías de alta capacidad

Debido a que el mercado de vehículos eléctricos ha experimentado un rápido crecimiento, con ventas que superarán el billón de dólares en 2022 y ventas nacionales que superarán las 108.000 unidades, la demanda de baterías de alta capacidad que puedan ampliar la autonomía de los coches eléctricos está creciendo.

Un equipo de investigadores de POSTECH y la Universidad de Sogang desarrolló el material del ánodo a partir de un aglutinante polimérico funcional para satisfacer estas crecientes demandas.

El artículo correspondiente al estudio, 'Las capas de polímeros cargados permiten ánodos de batería de alta capacidad altamente integrados', se publicó en Advanced Functional Materials.

El equipo, dirigido por los profesores Soojin Park y Youn Soo Kim de POSTECH y el profesor Jaegeon Ryu de Sogang, trabajó para aumentar la autonomía de los coches eléctricos mediante ánodos de alta capacidad.

Desarrollaron un aglutinante polimérico cargado para un material de ánodo de alta capacidad que es a la vez estable y confiable, y ofrece una capacidad diez veces o mayor que la de los ánodos de grafito convencionales. Este logro innovador se logró reemplazando el grafito por un ánodo de Si, que se combinó con polímeros cargados en capas manteniendo la estabilidad y la confiabilidad.

Los materiales anódicos de alta capacidad, como el silicio, son esenciales para aumentar la autonomía de los coches eléctricos. Esto se debe a que crean baterías de iones de litio de alta densidad energética y ofrecen al menos diez veces la capacidad del grafito u otros materiales anódicos disponibles en la actualidad.

Lo que los investigadores encontraron desafiante durante este paso fue que la expansión del volumen de los materiales anódicos de alta capacidad durante la reacción con el litio representa una amenaza para el rendimiento y la estabilidad de la batería. Para mitigar este problema, los investigadores investigaron aglutinantes poliméricos que pueden controlar eficazmente la expansión volumétrica.

Hasta la fecha, la investigación sobre baterías y densidad de energía se ha centrado principalmente únicamente en la reticulación química y los enlaces de hidrógeno.

La reticulación química implica enlaces covalentes entre moléculas aglutinantes, haciéndolas sólidas, pero tiene un defecto fatal: una vez que se rompen, los enlaces no se pueden restaurar. Por otro lado, el enlace de hidrógeno es un enlace secundario reversible entre moléculas basado en diferencias de electronegatividad, pero su fuerza (10-65 kJ/mol) es relativamente débil.

Sin embargo, el nuevo polímero aumenta la autonomía de los coches eléctricos al utilizar tanto los enlaces de hidrógeno como las fuerzas de Coulombic (atracción entre cargas positivas y negativas). Estas fuerzas tienen una fuerza de 250 kJ/mol, mucho mayor que la de los enlaces de hidrógeno, pero son reversibles, lo que facilita el control de la expansión volumétrica.

La superficie de los materiales anódicos de alta capacidad está en su mayor parte cargada negativamente, y los polímeros cargados en capas se disponen alternativamente con cargas positivas y negativas para unirse con el ánodo de manera efectiva. Además, el equipo introdujo polietenglicol para regular las propiedades físicas y facilitar la difusión de iones de litio, lo que dio como resultado el electrodo grueso de alta capacidad y la máxima densidad de energía que se encuentran en las baterías de iones de litio.

El profesor Soojin Park concluyó: “La investigación tiene el potencial de aumentar significativamente la densidad de energía de las baterías de iones de litio mediante la incorporación de materiales anódicos de alta capacidad, ampliando así la autonomía de los coches eléctricos.

Los materiales anódicos a base de silicio podrían aumentar potencialmente la autonomía al menos diez veces”.

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