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Creación de baterías de iones de litio para ambientes extremos

04/16/2014

 

Las baterías de litio son las fuentes de energía populares para teléfonos móviles y otros aparatos electrónicos, pero problemático en calor o frío extremos. Un laboratorio de la Universidad Rice ha sugerido maneras de ampliar su gama.

Un mapa creado por científicos de materiales de la Universidad Rice ayudará a los laboratorios a desarrollar baterías de iones de litio para ambientes extremos.

materiales de arroz científico Pulickel Ajayan y los miembros de su laboratorio han publicado una revisión que analiza los recientes avances en la tecnología de iones de litio y sugiere cómo hacer que las baterías más adaptable para condiciones difíciles. El trabajo revisado incluye algunas de Ajayan y propios esfuerzos pioneros de su equipo para ampliar las capacidades de iones de litio, el almacenamiento de energía portátil de elección para la electrónica de consumo, aplicaciones militares, coches eléctricos y más.

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Las noticias negativas sobre las baterías de iones de litio en los últimos años ha girado en torno a la combustión de los teléfonos móviles y baterías de aviones de fumar. Pero problemas más comunes, como el deseo de baterías que duran más y cobran más rápidamente son los conductores principales de la investigación.

“Se realizaron búsquedas difícil encontrar un artículo que habla de todos los problemas al mismo tiempo y lo que toda la experiencia de los componentes individuales a temperaturas extremas, y no pudimos encontrar uno,”Dijo Hemtej Gullapalli, un investigador post-doctoral en la Universidad Rice y co-autor del artículo. “Por lo tanto creemos que esta es una buena oportunidad para estudiar el campo.”

El equipo arroz estaba más interesado en ver cómo funcionan las baterías en temperaturas de menos 60 a 150 grados Celsius (menos 76 a 302 grados Fahrenheit), sabiendo que las baterías actuales están diseñados para funcionar casi a temperatura ambiente y en un intervalo estrecho de temperaturas. A lo mejor, baterías de iones de litio se inclinan hacia cualquiera de las operaciones calientes o fríos, que es inferior a la óptima para un coche eléctrico impulsado desde el desierto caliente a los picos nevados.

“La gente no ha visto que con esmero a las limitaciones de temperatura,”Dijo Gullapalli. Observó lo frustrante que puede ser cuando un teléfono se apaga en el frío o el calor y dijo cargar un teléfono también eleva la temperatura en el interior de una batería - por lo que un teléfono nunca se debe dejar de recarga en un coche caliente.

“La mayoría de las baterías y la investigación con temperaturas implican sistemas de gestión: Por ejemplo, si un teléfono se utiliza en temperaturas frías, que lo ralentizan un poco para preservar la batería," él dijo. “Pero hemos encontrado en nuestra opinión de que la perspectiva está cambiando ligeramente. Para hacer que las baterías que funcionan de baja a altas temperaturas, los científicos tienen que tomar la perspectiva materiales para ver qué temperatura está haciendo específicamente a los materiales “.

baterías electroquímicas tienen tres componentes básicos: Un ánodo negativo, un cátodo positivo y un electrolito conductor que permite a los electrones se mueven de un lado a otro, mientras que ya sea la carga o drenaje. Los materiales en cada ofrecen oportunidades, Gullapalli dijo.

“La gente ha hecho un trabajo increíble," él dijo. “Han tocado casi toda la tabla periódica y todas las permutaciones y combinaciones han sido probados. Ahora estamos en la fase de ingeniería en el que sabemos las limitaciones de los materiales y estamos tratando de romper las barreras “.

El equipo de Rice construyó un mapa completo de los nuevos materiales estándar y prometedores en baterías comerciales y detalló sus densidades de energía típicos y rangos de temperatura para cada componente.

“Comparamos estabilidades de los materiales con respecto a la otra y en contra de una escala de temperatura,"Dijo Ajayan. “Esto ayudará a los investigadores cereza-escoge una combinación necesaria para sus necesidades.”

El rendimiento en las actuales baterías de iones de litio requiere compromiso, escribieron los investigadores. Por ejemplo, electrolitos a base de agua como el plomo-ácido y níquel-hidruro metálico funcionan sólo entre menos 50 y 50 do, mientras que las baterías de sales fundidas funcionan bien sólo a temperaturas por encima de 90 do. Las baterías con cloruro de tionilo de litio operan entre menos 60 y 150 do, pero sólo en el pico entre las 20 y 55 do.

“La construcción de un ideal o a-cerca-ideales sistema requiere un conocimiento profundo de los mecanismos sutiles y la sustitución de cada componente delincuente con una alternativa adecuada,"Dijo Ajayan. “Un componente trivial en condiciones ambientales puede cambiar toda la electroquímica cuando se expone a altas temperaturas.”

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