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Investigadores de la Universidad Texas A&M han demostrado que un supercondensador responde a la carga estirándose y expandiéndose, almacenando energía. Este descubrimiento se puede aplicar a la construcción de materiales novedosos para electrónica flexible u otros dispositivos que deben ser robustos y tener una capacidad eficiente de almacenamiento de energía.
![Acoplamiento electroquimiomecánico de electrodos de supercondensadores de nanomateriales 2D.](https://d1otjdv2bf0507.cloudfront.net/images/news/ImageForNews_40485_16984131053052036.jpg)
Dr. Jodie Lutkenhaus, jefa asociada del departamento de participación interna y profesora de ingeniería química, trabajó con el Dr. Dimitris Lagoudas, Profesor de Ingeniería Aeroespacial, y el Dr. James Boyd, profesor asistente de ingeniería aeroespacial, en un nuevo estudio publicado en Objeto.
Medimos los voltajes creados en electrodos de supercondensadores basados en grafeno y relacionamos los voltajes con la forma en que los iones entran y salen del material. Por ejemplo, cuando se hace funcionar un condensador, cada electrodo almacena y libera iones, lo que puede provocar que se hinche y se contraiga.
Dr. Jodie Lutkenhaus. Profesor asociado, Jefe de Departamento, Compromiso Interno e Ingeniería Química, Universidad Texas A&M
Según Lutkenhaus, este movimiento repetitivo podría provocar una acumulación de tensiones mecánicas que podrían provocar que el dispositivo fallara. El objetivo de su investigación es desarrollar un dispositivo que detecte tensión mecánica y tensión en materiales de almacenamiento de energía durante la carga y descarga.
El dispositivo proporciona información sobre la medición del comportamiento mecánico de un electrodo durante la carga y descarga, que puede resultar difícil de detectar en tiempo real.
Somos pioneros en métodos experimentales para medir la respuesta electroquímica y mecánica simultánea de electrodos. Nuestra investigación ahora está pasando de los supercondensadores a las baterías.
Dr. James Boyd, profesor asistente de ingeniería aeroespacial, Universidad Texas A&M
Los daños mecánicos acortan la vida útil de la batería; Por lo tanto, se requieren nuevos hardware y modelos para interpretar las observaciones experimentales y desentrañar los efectos de la difusión de masa, las reacciones, la deformación inelástica y el daño mecánico.
Las fuerzas mecánicas internas y externas pueden provocar que fallen las baterías y los condensadores. Los voltajes internos surgen cuando las baterías se someten a ciclos repetidos del dispositivo, mientras que los voltajes externos pueden surgir debido a una descarga eléctrica o una intrusión en el dispositivo.
Cuando se producen estas tensiones, la batería debe poder soportar el daño. Según Lutkenhaus, es importante comprender cómo aparecen las tensiones mecánicas en el estado electroquímico del dispositivo.
Lutkenhaus añadió: “Hemos desarrollado una herramienta que puede hacer exactamente eso. Al obtener estos conocimientos cruciales, podremos desarrollar dispositivos de almacenamiento de energía más seguros y que duren más.«
El objetivo del estudio es desarrollar un almacenamiento de energía que pueda soportar cargas estructurales y, eventualmente, reemplazar los plásticos reforzados con fibra de carbono utilizados como paneles estructurales en los aviones, aumentando así la eficiencia energética.
Este artículo es el resultado de una colaboración continua entre científicos de ingeniería química e ingeniería aeroespacial. Esta investigación proporciona una comprensión única de cómo se pueden utilizar los nanomateriales para dispositivos de almacenamiento de energía potentes y ligeros para aplicaciones aeroespaciales.
Dr. Dimitris Lagoudas, profesor de ingeniería aeroespacial, Universidad Texas A&M
Referencia de la revista:
Loufakis, D., et al. (2023) En el sitio Acoplamiento electroquimiomecánico de electrodos supercondensadores de nanomateriales 2D. Objeto. doi:10.1016/j.matt.2023.08.017
Fuente: https://www.tamu.edu/index.html
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