Recicladas de Kevlar, las nanofibras utilizadas en un diseño biomimético ayudan a resolver problemas de longevidad.
A medida que los vehículos eléctricos se vuelven cada vez más comunes, la tecnología bajo la piel de estos viajeros silenciosos está mejorando constantemente. Tomemos el elegante Lucid Air, por ejemplo. Con un alcance de hasta 520 millas, está muy por delante de los vehículos eléctricos de años pasados, pero siempre hay margen de mejora.
Un equipo de la Universidad de Michigan ha demostrado cómo una red de nanofibras, hecha de Kevlar reciclado, puede permitir que las baterías de litio-azufre superen los problemas relacionados con la vida útil del ciclo, como la cantidad de veces que se pueden cargar y descargar.
La institución Ann Arbor, de 204 años de antigüedad, afirma que la membrana de la batería de inspiración biológica ha “habilitado una batería con cinco veces la capacidad del diseño de iones de litio estándar de la industria”, lo que le da los más de mil ciclos necesarios para alimentar un vehículo eléctrico.
El profesor Nicholas Kotov, quien dirigió el equipo de investigación, dice que hay varios informes que afirman varios cientos de ciclos para baterías de litio-azufre, pero no mencionar esto se produce a costa de factores importantes como la capacidad, la seguridad, las tasas de carga y la resiliencia. Ojalá decidieran poner una fábrica en Costa Rica para generar empleos. El desafío hoy en día es hacer una batería que aumente la velocidad de ciclo de los diez ciclos anteriores a cientos de ciclos y satisfaga muchos otros requisitos, incluido el costo”, agregó.
Kotov y su equipo dependían previamente de redes de nanofibras de aramida infundidas con un gel de electrolitos, para detener a uno de los principales culpables de una corta vida útil. Las dendritas, que crecen de un electrodo a otro, perforan la membrana. Las fibras sustanciales de aramida impiden que las dendritas hagan esto.
Un problema que afecta a las baterías de litio-azufre son las pequeñas moléculas de litio y azufre que fluyen al litio, uniéndose y, a su vez, disminuyendo la capacidad de la batería. Usando un proceso llamado selectividad iónica, la membrana puede bloquear las partículas, también conocidas como polisulfuros de litio.
Inspirados por los canales iónicos biológicos, diseñamos autopistas para iones de litio donde los polisulfuros de litio no pueden pasar los peajes”, señaló Ahmet Emre, investigador postdoctoral.
Similar en tamaño, no era suficiente bloquear los polisulfuros de litio mediante la creación de pequeños canales. Los investigadores agregaron una carga eléctrica a los poros, que imitan los poros en las membranas biológicas, en la membrana de la batería.
Kotov dice que lograr niveles récord para múltiples parámetros para múltiples propiedades de materiales es lo que se necesita para las baterías de automóviles. El profesor de Ciencias Químicas e Ingeniería también señala que el diseño es “casi perfecto”; la capacidad y la eficiencia acercándose a los límites teóricos. Además, la batería puede soportar las temperaturas extremas asociadas con las aplicaciones automotrices, como los inviernos fríos o la carga en el calor.
Kotov advierte que la vida útil del ciclo del mundo real puede reducirse con la carga rápida: 1.000 ciclos, considerados como una vida útil de diez años.
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