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(noticias nanowerk) Cuando se trata de fabricar baterías que duren más, un equipo de investigadores que incluye ingenieros de la Universidad de Brown y el Laboratorio Nacional de Idaho cree que la clave puede estar en cómo se limpian las cosas; específicamente, cómo funciona el jabón en el proceso.
Tomemos como ejemplo lavarse las manos. Cuando alguien se lava las manos con jabón, el jabón forma estructuras llamadas micelas que atrapan y eliminan la grasa, la suciedad y los gérmenes cuando se enjuagan con agua. El jabón hace esto porque actúa como un puente entre el agua y lo que se elimina uniéndolos y envolviéndolos en estas estructuras micelares.
Las tesis centrales
Investigación
Mientras realizaba un nuevo estudio publicado en Materiales naturales (“Los electrolitos altamente concentrados localizados se vuelven más localizados mediante estructuras similares a micelas”), los investigadores descubrieron que ocurre un proceso similar en una de las sustancias más prometedoras para el desarrollo de baterías de litio de mayor duración: un nuevo tipo de electrolito llamado electrolito localizado. electrolito altamente concentrado. Esta nueva comprensión de cómo funciona este proceso, plantean en el artículo, podría ser la pieza que falta para abrir completamente la puerta a este sector tecnológico emergente.
«El panorama general es que queremos mejorar y aumentar la densidad de energía de las baterías, es decir, cuánta energía almacenan por ciclo y cuántos ciclos dura la batería», dijo Yue Qi, profesor de la Escuela de Ingeniería de Brown. «Lograr esto requiere reemplazar los materiales de las baterías tradicionales para permitir baterías de larga duración que almacenen más energía; piense en baterías que pueden alimentar un teléfono durante una semana o más, o vehículos eléctricos que pueden viajar 500 millas».
Los científicos están trabajando activamente para cambiar a baterías de metal litio porque tienen una capacidad de almacenamiento de energía mucho mayor que las baterías de iones de litio actuales. Esto se debe a los electrolitos tradicionales, que son un ingrediente esencial ya que permiten que la carga eléctrica pase entre los dos terminales de una batería, desencadenando la reacción electroquímica necesaria para convertir la energía química almacenada en energía eléctrica. Los electrolitos tradicionales de las baterías de iones de litio, que consisten esencialmente en sal de baja concentración disuelta en un disolvente líquido, no hacen esto de forma eficaz en las baterías de metal.
Los científicos del Laboratorio Nacional de Idaho y del Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico han desarrollado electrolitos localizados altamente concentrados para abordar este desafío. Se elaboran mezclando altas concentraciones de sal en un disolvente con otro líquido, llamado diluyente, que permite que el electrolito fluya mejor y mantenga el rendimiento de la batería.
Hasta ahora, este nuevo tipo de electrolito ha mostrado resultados prometedores en pruebas de laboratorio, pero nunca se ha entendido completamente cómo funciona y por qué, lo que pone un límite superior a su eficacia y cómo se puede desarrollar mejor. El nuevo estudio ayuda a abordar esto.
«El artículo proporciona una teoría unificada de por qué este electrolito funciona mejor, y la comprensión clave de esto provino del descubrimiento de que en este electrolito se forman estructuras tipo micelas, como lo hace el jabón», dijo Bin Li, científico principal del Oak Ridge National. Laboratorio que trabajó en el estudio. «Aquí vemos que el papel del jabón o tensioactivo lo asume el disolvente, que une tanto el diluyente como la sal y se envuelve alrededor de la sal de mayor concentración en el centro de la micela».
Este conocimiento permitió a los investigadores desglosar las proporciones y concentraciones necesarias para producir las respuestas óptimas para las baterías. Esto debería ayudar a resolver uno de los principales problemas en el desarrollo de este electrolito, que es encontrar el equilibrio adecuado entre los tres ingredientes. De hecho, el trabajo no sólo proporciona mejores pautas para fabricar electrolitos localizados y altamente concentrados que funcionen, sino también para fabricar otros que funcionen de manera aún más efectiva.
Los investigadores del Laboratorio Nacional de Idaho pusieron la teoría en práctica. Descubrieron que la teoría se mantiene hasta el momento y ayuda a prolongar la vida útil de las baterías de metal litio. El equipo está entusiasmado de ver qué diseños para electrolitos localizados altamente concentrados surgirán de su trabajo, pero reconoce que todavía hay un progreso significativo para superar el cuello de botella en el diseño de electrolitos para baterías de alta densidad. Por ahora, les divierte la idea de que el secreto pueda estar en algo tan mundano y mundano como el jabón.
«El concepto de micelas puede ser nuevo para los electrolitos, pero en realidad se usa ampliamente en nuestra vida diaria», dijo Qi. «Ahora tenemos una teoría y directrices para lograr las interacciones deseadas entre la sal, el disolvente y el diluyente en el electrolito, y en qué concentración deben estar y cómo mezclarlos».
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