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Los vehículos eléctricos con mayor autonomía están cada día más cerca, gracias a las baterías de grafeno.

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Un equipo de investigación coreano ha logrado desarrollar una nueva tecnología para obtener un material esponjoso a base de grafeno y polímero. El compuesto está pensado para su uso en la fabricación de electrodos de baterías y ofrece una gran reducción de tamaño y resistencia.

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Su aplicación en baterías podría reducir drásticamente el tamaño y el peso de los acumuladores permitiendo en uso de baterías en sectores en los que estos parámetros son factores limitantes, como los coches eléctricos.

El equipo dirigido por Park Ho-Seok, profesor en la escuela de ingeniería de la Universidad de Sungkyunkwan anunció su nuevo descubrimiento, un material de gran porosidad que combina grafeno y acetato de polivinilo en forma de aerogel. Lo obtienen a partir de una proceso en solución entre el acetato de vinilo y óxido de grafeno.

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El uso de grafeno en baterias, principalmente para sustituir el grafito o carbono activado de los ánodos, permitiría un mayor aprovechamiento de este electrodo. El grafeno y el grafito son dos formas alotrópicas (mismo elemento, diferente estructura química) del carbono, con propiedades físicas muy diferentes. Por su configuración en capas de un solo átomo el grafeno ofrece una gran superficie activa por unidad de peso. Esta característica, junto con una conductividad eléctrica mucho mayor que el grafito, hace del grafeno un excelente candidato para los ánodos de las baterías.

Numerosos estudios han propuesto su uso sin gran éxito. El principal problema es la degradación del materialcon su uso y la necesidad de un material de soporte. Sin embargo, en la mayoría de los casos este soporte supone una gran cantidad de material, añadiendo peso a la estructura y dejando la reducción de pero en un 30% en el mejor de los casos.

El grupo de Ho-Seok parece haber dado con una fórmula para obtener un aerogel con un alto nivel de porosidad. La estructura del nuevo compuesto puede alojar entre un 90 y un 99.9% de su volumen en poros nanométricos, lo que se traduce en una gran reducción de peso para la celda, un material muy compresible y duradero.

La batería construida puede ser 10 veces más pequeña que las actuales técnicas usando grafeno, y lo más importante, es capaz de mantener las propiedades mecánicas después de numerosos procesos de estrés, lo que indica un gran potencial como material del ánodo.

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Nueva batería de Litio-Azufre. Doble densidad energética, misma durabilidad que las ion litio

 

Un equipo de investigadores de Corea del Sur e Italia ha publicado sus resultados en la fabricación de un novedoso diseño de batería de litio-azufre, que muestra un rendimiento comparable al de las baterías de ion litio, pero con más del doble de la densidad de energía.

Los resultados muestras una alta capacidad por encima de los 500 ciclos, una durabilidad superior a lo ofrecido normalmente para este tipo de baterías que junto con su alta densidad energética las postulan como candidatas para su uso en vehículos eléctricos y sistemas de almacenamiento de energía a gran escala.

El equipo ha demostrado una alta fiabilidad para estas prometedoras baterías de litio-azufre con un rendimiento comparable al de las baterías de ion litio disponibles comercialmente, ofreciendo al mismo tiempo más del doble de densidad energética que estas. El equipo, dirigido por un grupo de la Universidad de Hanyang, utiliza un cátodo de azufre con una doble composición (azufre y polisulfuro) y un ánodo de nanoesferas de silicio-óxido de silicio (Si / SiOx) litiadas.

En un artículo de la revista ACS Nano Letters, se explica cómo la celda de litio-azufre, que mostró un rendimiento excelente en términos de capacidad específica y una sobresaliente eficiencia de carga-descarga, tiene además una vida útil muy elevada en comparación a otras baterías de este tipo.

Las baterías de litio-azufre son una de las tecnologías promesa para la próxima generación de acumuladores. Usando una materia prima de bajo coste y gran abundancia para el cátodo, el azufre tiene una capacidad teórica de 1675 mAh/g, pudiendo llegar a ofrecer una densidad energética de 2500 Wh/kg. Su mayor defecto, lo que limita su comercialización, es la baja estabilidad de los electrodos de azufre, que tienden a degradarse por la formación de polisulfuros de litio que se disuelven en el electrolito.

Para atajar estos problemas los investigadores diseñaron una celda de LiS utilizando un cátodo de azufre compuesto, un ánodo de silicio con nanoesferas de silica litiadas y un electrolito líquido optimizado para el conjunto. El cátodo consiste en un material compuesto de carbono activado y azufre montado sobre un electrodo de difusión de gas (como en una pila de combustible) en contacto con una solución a la que se ha añadido el polisulfito, Li2S8. Este sistema de cátodo proporciona una capacidad máxima de ~1300 mAh/g y probablemente sea el encargado de evitar la formación de polisulfuros en el electrolito.

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A una tasa de descargas C/3 el cátodo muestra una capacidad de ~ 1000 mAh/g y una eficiencia Coulómbiaca de más del 99,3%, mantenimiento la capacidad por encima de 99% de la capacidad inicial incluso después de 100 ciclos. El ánodo muestra un comportamiento muy estable para más de 100 ciclos con una capacidad tan alta como 800 mAh/g y una eficiencia cercana al 100%.

A partir de ahí la capacidad baja manteniendo un 85% de la capacidad inicial y una capacidad específica cercana a los 750 mAh/g pasados los 500 ciclos. Esta estabilidad es un comportamiento prometedor y refleja una gran durabilidad. Para la celda completa los autores declararon un voltaje promedio alrededor de 1,8 V, y a una densidad de energía de 497 Wh/kg.

Dejando claro que estos son resultados preliminares que aun pueden ser mejorados antes de su comercialización, los autores creen que “estos resultados podrían avanzar en el desarrollo práctico de baterías de litio-azufre, especialmente para su uso en los mercados emergentes, incluyendo dispositivos portátiles, vehículos eléctricos y sistemas de almacenamiento de energía a gran escala para energías renovables.”

Las baterías de grafeno por fin llegan. Samsung ya la está desarrollando para el Note 10. 

Tal como ha pasado con las baterías de litio, las grandes inversiones realizadas por las empresas de telefonía, impulsarán el desarrollo de las baterías de grafeno más rápido de lo previsto.

Dichos avances servirán de base para las baterías de los vehículos eléctricos. Ambos buscan baterías ligeras, que no se calienten , con carga rápida, baratas y fáciles de fabricar y con una densidad mayor de carga.

La batería de grafeno para el Note 10 es más que probable, y Samsung ya tendría un diseño listo para ser producido el próximo 2019.
Durante demasiado tiempo el grafeno ha sido uno de esos materiales “milagrosos”, del que hablábamos constantemente pero que nunca se hacía realidad; cada dos por tres era descubierta una nueva propiedad, un nuevo posible uso, que revolucionaba el sector. Pero la dura realidad es que el grafeno no está ni se le espera.

Es el momento del grafeno

El grafeno es un tipo de material consistente en una capa de átomos de carbono dispuestos en hexágonos; por lo tanto, una capa de este material es prácticamente transparente, ya que tiene el grosor de un átomo. Aunque el carbono es un elemento bien conocido, cuando está presente en esta forma adquiere características únicas; y de ahí la “fiebre del grafeno”, que ha buscado aprovechar este material para todo tipo de propósitos.

Batería de grafeno para el Note 10

Durante años hemos escuchado a científicos decir que el grafeno será el futuro; y los smartphones no podían quedarse atrás. Afortunadamente, ya estamos viendo algunos ejemplos de su uso, como en la refrigeración del Honor Magic 2 y el Mate 20; pero donde tal vez habría más mejoras es en la batería.
 
El grafeno llega a los móviles: lo estrenarán el Honor Magic 2 y los Mate 20

Batería de grafeno para el Note 10

Llevamos demasiado tiempo dependiendo de las baterías de ion de litio; y los fabricantes están algo obsesionados con abandonarlas de una vez. Las exigencias del hardware actual lo reclaman.

Samsung es una de esas compañías, por supuesto, y la batería ha sido uno de los componentes en los que más ha intentado innovar; en ocasiones con resultados adversos, como el caso del Note 7 y las baterías que explotaban.
 

Ahora Samsung parece estar lista para dar el siguiente paso, con una batería de grafeno para el próximo Note 10; un modelo que aún no veríamos en muchos meses, pero cuyas características ya están siendo filtradas. Según estos rumores, el diseño de las nuevas baterías de grafeno ya habrá sido definido; y estarían listas para ser producidas e incluidas en modelos lanzados en 2019.

Pero no es solo un rumor. Samsung patentó recientemente este diseño de baterías de grafeno; y el rendimiento que prometen podría revolucionar la industria.

Estamos hablando de celdas que se pueden cargar cinco veces más rápido que las actuales de ion litio. Si una batería de ion litio tarda una hora en llegar a una cierta carga, esta batería de grafeno tardaría apenas doce minutos.

¿Es el momento de las baterías de grafeno?

Las baterías de grafeno tienen otras ventajas, como que se deterioran más lentamente; son capaces de mantener su carga durante más tiempo. Así que podemos quitarnos el miedo de que nuestro móvil morirá en pocos años; sobre todo ahora que cada vez hay menos dispositivos con baterías extraíbles. Además, son más ecológicas y menos dañinas para el medio ambiente.

(Materiales Nano)

¿Todo son ventajas? Claro que no; como cualquier tecnología innovadora, las baterías de grafeno son un riesgo; y Samsung no está precisamente para tomar muchos en cuestión de baterías después del Note 7. Si hay algo que puede retrasar esta adopción, es la imagen de marca.

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