La batería de aluminio y grafeno se carga en 5 segundos y funciona de –40 °C a 120 °C, 250 000 ciclos

• Los ingenieros crearon una nueva batería que funciona en un rango de temperatura de -40 °C a 120 °C y se puede cargar en 5 segundos. 
• Puede conservar el 91% de su capacidad después de 250.000 ciclos de carga y descarga. 
• La batería es extremadamente flexible y soporta 10.000 plegados. 

Ingenieros de la Universidad de Zhejiang (China) han desarrollado una batería de grafeno de aluminio de ciclo largo, ultrarrápida y resistente a todo tipo de clima, que ofrece un rendimiento superior, especialmente en términos de tiempo de carga. Una vez que comienza la producción comercial, la batería se puede cargar completamente en 5 segundos y luego durar dos horas.

Los investigadores de materiales e ingeniería que desarrollaron la batería afirman que es más resistente al frío, menos inflamable y puede funcionar en un rango de temperatura de -40°C a 120°C. Sin embargo, pocos expertos de la industria han puesto en duda estas afirmaciones.

El polo negativo de la batería está fabricado en aluminio y el polo positivo en grafeno. Es capaz de retener el 91% de su capacidad después de un cuarto de millón de ciclos de carga y descarga, mucho mejor que la batería de litio actual. Está diseñado para dispositivos de energía para todo clima y tiene una flexibilidad notable que permite plegarlo 10,000 veces.

Si se integra con teléfonos inteligentes, podría cargarse en 5 segundos y usarse hasta dos horas. Además, la batería dura hasta 70 años sin perder su capacidad, incluso si el teléfono se carga 10 veces al día.

Diseño y rendimiento

Para construir el material del cátodo de una batería de iones de aluminio, eligieron grafito, grafeno, azufre y sulfuro metálico. El carbono grafítico proporciona características como carga rápida y ciclos estables. Para este cátodo a base de carbono, los ingenieros tuvieron en cuenta 4 requisitos:

1. Enrejado de grafeno altamente cristalizado.
2. Matriz conductora continua de electrones para transporte de grandes corrientes y mitigación de la polarización interna.
3. Alta resistencia mecánica y módulo de Young para evitar el colapso del material.
4. Canales interconectados que facilitan una alta permeabilidad de electrolitos y difusión de iones.

Para cumplir con estos requisitos, han construido una película de grafeno ideal fabricada mediante hilado en húmedo o mediante recubrimiento por fundición de una solución de cristal líquido de óxido de grafeno (GO) en una película de GO, seguida de una reducción química para formar una película de GO reducida (rGO) y un recocido a alta temperatura.

Una lámina de grafeno perfectamente alineada conduce a una mayor conductividad eléctrica y propiedades mecánicas que las espumas de grafeno compuestas de láminas de grafeno no orientadas. La película rGO se recoció aún más a 2850 grados Celsius para restaurar los defectos atómicos, convirtiéndose en una película larga y continua de grafeno.

El rendimiento de una batería depende principalmente de la velocidad a la que corren los electrones y los iones entre los electrodos negativos y positivos. El material del electrodo debe permitir que tantos electrones e iones circulen libremente como sea posible. Si la carretera está abarrotada, el rendimiento se verá afectado. Por eso es necesario cuidar la calidad, la orientación y la porosidad de las microestructuras. Y redes conductoras, canales de transporte de iones y canales iónicos en una macroestructura.

Referencia:Sciencemag | DOI:10.1126/sciadv.aao7233 | Universidad de Zhejiang

Este principio de diseño permite que la batería de aluminio y grafeno dé un gran paso adelante y ofrezca un rendimiento asombroso. Anteriormente, la capacidad de la batería de aluminio rondaba los 60 mAh/g, con un ciclo de carga y descarga inferior a miles de veces.

La batería encendió el LED ZJU-120 | Crédito de la imagen:Universidad de Zhejiang

Después de las pruebas, la capacidad del electrodo positivo de grafeno de 120 mAh/g, después de 25 millones de ciclos de carga y descarga aún mantenía la capacidad del 91 por ciento. Al mismo tiempo, la carga rápida se puede completar en 1,1 segundos, manteniendo una capacidad reversible de 111 mAh/g.

Algunos expertos no están fascinados por los hallazgos

Según un experto de la industria, Zheng Jiatu, subdirector general de Tecnología de Carga de Vehículos Eléctricos de China, los resultados publicados por el equipo no parecen prometedores. "Las cifras deben leerse con precaución", ya que incluso probar un ciclo de carga y descarga de un cuarto de millón llevaría mucho tiempo. Es más probable que estos resultados sean experimentos realizados en un modelo de datos simulados en lugar de pruebas de prototipos.

Además, la comercialización requeriría varias cosas que no están claras. Algunos de los factores clave incluyen la rentabilidad, la intensidad energética de un tipo particular de batería, la seguridad, la confiabilidad y un modelo de negocio maduro. Hay muchas otras tecnologías probadas y listas para usar que aún no se han comercializado.

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Sin embargo, dijo el equipo de investigación, todavía les queda un largo camino por recorrer y numerosos obstáculos que superar. Creen que la “súper” batería es mucho mejor que las baterías de iones de litio, pero aún quedan muchas cosas por mejorar. Además, el electrolito líquido iónico convencional es bastante caro; si se pudieran encontrar electrolitos más baratos, las oportunidades de negocio para las baterías de iones de aluminio serían más amplias.