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(Noticias de Nanowerk) A medida que se desarrolla la industria de los vehículos eléctricos (EV), también lo hace el esfuerzo en la investigación y el desarrollo de baterías superiores de iones de litio (Li) para impulsar estos vehículos. La investigación y la expansión de la tecnología de carga y descarga rápida y la duración prolongada de la batería son desafíos clave en su desarrollo. Algunos factores, como la difusión de iones de litio, las propiedades de la interfaz electrodo-electrolito y la porosidad del electrodo, pueden ayudar a superar estos problemas para lograr una carga ultrarrápida y un ciclo de vida ultralargo.
En los últimos años, los nanomateriales bidimensionales (2D), es decir, estructuras delgadas en forma de lámina de unos pocos nanómetros de espesor, han surgido como posibles materiales de ánodo para baterías de iones de litio. Estas nanoláminas tienen una alta relación de aspecto y una alta densidad de sitios activos, lo que permite una carga rápida y un excelente rendimiento de ciclo.
En particular, los nanomateriales 2D basados en diboruros de metales de transición (o TMD) han atraído el interés de los investigadores. Se descubrió que los TMD tienen una alta velocidad y una estabilidad de ciclo largo para el almacenamiento de iones de litio debido a sus planos de panal compuestos de boro y átomos de metales de transición polivalentes.
Recientemente, un grupo de científicos dirigido por el Prof. Noriyoshi Matsumi del Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Japón (JAIST) y el Prof. Kabeer Jasuja del Instituto Indio de Tecnología (IIT) Gandhinagar se propusieron explorar más a fondo el potencial energético del almacenamiento de TMD. . El equipo realizó el primer estudio experimental sobre el potencial de almacenamiento del diboruro de titanio (TiB2) basadas en nanoláminas jerárquicas (THNS) como material de ánodo para baterías de iones de litio. El equipo estaba formado por Rajashekar Badam, ex profesor titular de JAIST; Akash Varma, ex alumno del curso de maestría en JAIST; Koichi Higashimine, especialista técnico en JAIST y Asha Liza James, Ph.D. Estudiante en IIT Gandhinagar.
Su estudio fue publicado en Nanomateriales aplicados ACS («Nanoláminas jerárquicas basadas en diboruro de titanio como material de ánodo para baterías de iones de litio»).
![Los ánodos basados en THNS para baterías de iones de litio cuentan con alta capacidad de descarga y alta capacidad de almacenamiento](https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/id61746_1.jpg)
Los THNS se desarrollaron por oxidación de TiB2 Polvo con peróxido de hidrógeno, seguido de centrifugación y liofilización de la solución. “Lo que diferencia nuestro trabajo es la escalabilidad del método desarrollado para sintetizar estos TiB.2 nanohojas. Para que cualquier nanomaterial se traduzca en una tecnología tangible, la escalabilidad es el factor limitante. Nuestro método de síntesis solo requiere agitación y ningún equipo complicado. Esto se debe al comportamiento de solución y recristalización de TiB.2un descubrimiento accidental que hace de este trabajo un puente prometedor del laboratorio al campo”, explica el Prof. Kabeer.
Luego, el equipo construyó una media celda anódica de iones de litio utilizando THNS como material activo del ánodo. El equipo estudió las propiedades de almacenamiento de carga de los ánodos basados en THNS.
El equipo descubrió que el ánodo basado en THNS tenía una alta capacidad de descarga de 380 mAh/g con una densidad de corriente de solo 0,025 A/g. Además, vieron que se podía obtener una capacidad de descarga de 174 mAh/g para una alta densidad de corriente de 1 A/g con un tiempo de carga de 10 min y una retención de capacidad del 89,7 % tras 1.000 ciclos. Además, el ánodo de iones de litio basado en THNS podría soportar corrientes muy altas, del orden de 15 a 20 A/g, lo que permite una carga ultrarrápida en alrededor de 9 a 14 segundos. Bajo la alta tasa de corriente, se observó más del 80% de retención de capacidad después de 10,000 ciclos.
Los resultados de este estudio indican la idoneidad del 2D-TiB2 Nanosheets como candidato para baterías de iones de litio de carga rápida y larga duración. También subrayan la ventaja de los materiales a nanoescala a granel como TiB2para lograr propiedades prometedoras que incluyen almacenamiento de carga pseudocapacitiva, excelente capacidad de alta velocidad y ciclabilidad superior.
«Esta tecnología de carga rápida puede acelerar la difusión de los vehículos eléctricos y reducir significativamente los tiempos de espera para cargar varios dispositivos electrónicos móviles», dice la profesora Matsumi, explicando los posibles efectos a largo plazo de su investigación. Esperamos que nuestros hallazgos puedan estimular una mayor investigación en esta área, lo que en última instancia puede conducir a una mayor comodidad para los usuarios de vehículos eléctricos, menos contaminación del aire en las ciudades y una vida móvil menos estresante para aumentar la productividad de nuestra sociedad”.
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