La electrizante investigación de los científicos de la Universidad de Clemson podría conducir a la creación de baterías más ligeras y de carga más rápida adecuadas para alimentar un traje espacial, o incluso un rover de Marte.
La investigación, que fue financiada por la NASA, se informó recientemente en un artículo titulado" Ánodos de Si tridimensionales con difusión rápida, alta capacidad, capacidad de alta velocidad y ciclo de vida largo" que apareció en la revista Applied Materials and Interfaces de la American Chemical Society. Entre sus autores se encuentran Shailendra Chiluwal, Nawraj Sapkota, Apparao M. Rao y Ramakrishna Podila, todos los cuales forman parte del Clemson Nanomaterials Institute (CNI).
Podila, profesor asistente en el departamento de física y astronomía de la Facultad de Ciencias de GG, dijo que las nuevas y revolucionarias baterías pronto podrían usarse en satélites estadounidenses.
GG quot; La mayoría de los satélites obtienen su energía principalmente del sol," Podila dijo." Pero los satélites tienen que ser capaces de almacenar energía para cuando estén en la sombra de la Tierra GG. Tenemos que hacer las baterías lo más livianas posible, porque cuanto más pesa el satélite, más cuesta su misión."
Podila dijo que para comprender los avances del grupo GG, se podría visualizar el ánodo de grafito en una batería de iones de litio como una baraja de cartas, en la que cada carta representa una capa de grafito que se utiliza para almacenar la carga hasta que se descarga la electricidad. necesario. El problema, dijo Podila, es que el grafito&no puede almacenar mucha carga."
El equipo de Clemson optó por trabajar con silicio, que puede contener más carga, lo que significa que se puede almacenar más energía en celdas más ligeras. Si bien los científicos han valorado durante mucho tiempo la alta capacidad del silicio para el almacenamiento eléctrico, este material se rompe en pedazos más pequeños a medida que se carga y descarga.
La solución que se le ocurrió al equipo implica el uso de diminutos&de silicio "GG de tamaño nanométrico"; partículas, que aumentan la estabilidad y proporcionan un ciclo de vida más largo. En lugar de una baraja de cartas hecha de grafito, las nuevas baterías utilizan capas de un material de nanotubos de carbono llamado Buckypaper, con las nanopartículas de silicio intercaladas en medio.
Con ese tipo de empaque interno, incluso si las partículas de silicio se rompen, están" todavía en el sándwich," Podila dijo.
GG quot; Las láminas independientes de nanotubos de carbono mantienen las nanopartículas de silicio conectadas eléctricamente entre sí," dijo Shailendra Chiluwal, estudiante de posgrado del CNI y primera autora del estudio.
GG quot; Estos nanotubos forman una estructura cuasi-tridimensional, mantienen unidas las nanopartículas de silicio incluso después de 500 ciclos y mitigan la resistencia eléctrica que surge de la rotura de las nanopartículas."
El uso de baterías hechas de silicio y otros nanomateriales no solo aumenta la capacidad, sino que también permite cargar las baterías a una corriente más alta, lo que se traduce en tiempos de carga más rápidos. Como sabe cualquier persona cuyo teléfono celular haya muerto en medio de una llamada telefónica, esta es una característica importante de la tecnología de baterías.
La carga más rápida es posible porque las nuevas baterías también usan nanotubos como mecanismo de amortiguación que permite cargar a una velocidad cuatro veces más rápida de lo que es posible actualmente.
Las baterías más livianas que se cargan más rápido y ofrecen una eficiencia mucho mayor no solo serán una bendición para los astronautas que usan trajes a batería, sino también para los científicos e ingenieros que tienen que llevar a los astronautas a sus destinos.
GG quot; El silicio como ánodo en una batería de iones de litio representa el' santo grial' para los investigadores en este campo," dijo Rao, director de CNI&e investigador principal de la subvención de la NASA. Rao también dijo que las nuevas baterías pronto llegarán a los vehículos eléctricos.
GG quot; Nuestro próximo objetivo es colaborar con socios industriales para traducir esta tecnología de laboratorio al mercado," dijo Podila, autor correspondiente del estudio y co-investigador de la subvención de la NASA." Agradecemos a la NASA y al EPSCoR de Carolina del Sur por otorgar un premio para emprender proyectos de este tipo que tendrán un impacto duradero en las misiones espaciales y el panorama energético global."
