Lo que sucede es que durante la carga, los iones de litio se mueven desde el cátodo y se combinan con las nanopartículas del ánodo. Durante la descarga, los iones de litio vuelven al cátodo. Con el tiempo, las nanopartículas del ánodo se agrietan y se agrupan en la interfaz electrodo-electrolito. Esto provoca una desconexión eléctrica, lo que reduce la cantidad de carga que el ánodo puede almacenar o transportar.
El método que desarrollaron los investigadores coreanos aborda estos problemas encapsulando las nanopartículas en una estructura elástica similar a una banda.
Para demostrar su enfoque, el equipo utilizó un ánodo convencional que contenía nanopartículas de silicio unidas por un aglutinante de polímero (fluoruro de polivinilideno). Para acomodar la estructura similar a una banda, quitaron el aglutinante calentando el ánodo mediante un proceso de recocido. El espacio entre las nanopartículas se llenó con una solución reducida de óxido de grafeno (rGO), que se secó para formar una red que mantenía unidas las nanopartículas de silicio y evitaba que se agrietaran. Además, la banda proporcionó una vía conductora para los electrones, permitiendo que las nanopartículas se unieran con el litio.
Los investigadores utilizaron una técnica llamada «recubrimiento de giro» para recubrir la superficie del ánodo con rGO. El revestimiento rGO sirvió como capa de semilla para la deposición de una capa protectora que consiste en óxido de zinc con óxidos metálicos de magnesio y galio añadidos a ella (MGZO). Esta capa MGZO proporcionó estabilidad estructural al ánodo.
Tras la prueba, el ánodo modificado pudo retener la mayor parte de su carga incluso después de varios ciclos de carga/descarga.
«La estructura mantuvo una alta capacidad de almacenamiento de 1566 mA h g-1 después de 500 ciclos y mostró una eficiencia colombica del 91 %, lo que se relaciona con la duración de la batería. Esto podría allanar el camino para vehículos eléctricos que nos permitan conducir largas distancias con una sola carga», dijo Hyeong-Jin Kim, coautor del estudio, en un comunicado de prensa.
Según Kim, a pesar de que él y sus colegas usaron un ánodo de silicio, el método desarrollado es aplicable a otros materiales de ánodo, como Sn, Sb, Al y Mg. Además, los ánodos se pueden modificar independientemente de cómo se fabricaron, lo que lo convierte en un método de aplicación universal para mejorar la duración de la batería.
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