Los electrodos de impresión 3D podrían abaratar las baterías de litio - World Energy Trade

Los electrodos de impresión 3D podrían abaratar las baterías de litio

Los electrodos de impresión 3D podrían abaratar las baterías de litio

Este avance, en última instancia, daría paso a la fabricación de baterías de iones de sodio más eficaces.

Investigación, Desarrollo e Innovación

Ahora que la fabricación aditiva se utiliza en un número cada vez mayor de aplicaciones energéticas, la tecnología basada en la impresión 3D ha empezado a demostrar realmente su potencial para revolucionar la eficiencia en el sector energético, en este caso, en el de las baterías de litio.

Una de las aplicaciones concretas es la impresión 3D de piezas de baterías, que podría dar lugar a baterías de iones de litio mejores y más baratas. El último avance en este ámbito procede de investigadores de la Universidad de Tohoku, que han impreso en 3D electrodos de microláminas de carbono que consiguen precisamente eso.

Según la Universidad de Tohoku, los electrodos de microláminas de carbono de alto rendimiento y fácil fabricación podrían utilizarse en el futuro para fabricar baterías más baratas alimentadas por los iones de sodio disponibles. El estudio, dirigido por investigadores de la Universidad, se ha publicado en la revista Small.

Impresión 3D de potentes electrodos

En su estudio "A 3D-Printed, Freestanding Carbon Lattice for Sodium Ion Batteries", publicado en la revista Small, el equipo de Tohoku pretendía aumentar los materiales activos cargados en una célula de batería de litio, reduciendo al mismo tiempo los materiales inactivos que unen varias células.

Sin embargo, el problema con el que se encontraron fue que esto requeriría hacer electrodos más gruesos, limitando así el movimiento de los iones y, por tanto, la carga eléctrica de la batería de litio.

Para superar este problema, el grupo de investigadores formado por el científico de materiales de la Universidad de Tohoku Akira Kudo y el estudiante de doctorado de la Universidad de California en Los Ángeles Yuto Katsuyama, entre otros, desarrollaron electrodos con carga negativa (ánodo) con microarquitecturas únicas.

El equipo utilizó la estereolitografía (SLA) para imprimir en 3D estructuras de microláminas de polímero que luego se redujeron mediante pirólisis. Así se obtuvieron ánodos de carbono duro que podían transportar rápidamente iones generadores de energía.

Para mejorar el rendimiento de los ánodos, la estructura reticular se hizo con detalles más finos. Utilizando la impresión 3D con una resolución aún mayor, Kudo cree que sería posible crear baterías de iones de sodio con un rendimiento aún superior que el de sus homólogas de iones de litio.


 Los electrodos de impresión 3D podrían abaratar las baterías de litio

Figura 1. Las estructuras antes y después del proceso de pirólisis.

Ampliando los electrodos de impresión 3D más allá del laboratorio

El siguiente paso para Kudo y sus colegas es crear electrodos con carga positiva (catódica) y, en última instancia, baterías de iones de sodio de alto rendimiento y rentables.

Akira Kudo, Yuto Katsuyama, y sus colegas están buscando formas de conseguir baterías de alto rendimiento y bajo costo. Así que decidieron fabricar baterías de iones de sodio más eficaces.

Los beneficios de estos dispositivos no sólo permitirían reducir el costo y mejorar las capacidades de los dispositivos de almacenamiento de energía, sino que también actuarían como alternativa a las baterías de iones de litio, cuyos materiales constitutivos están disminuyendo rápidamente en abundancia a medida que la fabricación de vehículos eléctricos y productos electrónicos sigue creciendo.

Si la tecnología tiene éxito, existen todo tipo de procesos para imprimir en 3D piezas de altísima resolución que podrían carbonizarse para esta aplicación. Además, los diseños podrían optimizarse para un determinado tipo de batería, adaptarse a su forma y diseñarse no con una red genérica, sino con cualquier geometría que mejore el funcionamiento.

Si se combina con otros avances en el sector, podríamos ver tipos de vehículos eléctricos y dispositivos electrónicos totalmente nuevos. Entre ellos se encuentran las baterías, los motores eléctricos y los circuitos impresos en 3D, así como las carrocerías ligeras de los sistemas que albergan estos componentes. Queda por ver si esto será suficiente para revertir la destrucción provocada por los recursos gastados para desarrollarlos y la sociedad hasta este punto.

 

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