Impresión 3D: la próxima generación de baterías

La fabricación aditiva, también conocida como impresión 3D, se puede usar para fabricar electrodos porosos para baterías de iones de litio con mayor capacidad y menor peso.

Rahul Panat, profesor asociado de ingeniería mecánica en la Universidad Carnegie Mellon, y un equipo de investigadores en colaboración con la Universidad de Ciencia y Tecnología de Missouri, ha desarrollado un nuevo método para electrodos de batería con impresión en 3D creando una estructura de microretícula con porosidad controlada. La impresión tridimensional de esta estructura, según muestran los autores del artículo publicado en la revista Additive Manufacturing, mejora enormemente la capacidad y las tasas de descarga de las baterías.

“En el caso de las baterías de iones de litio, los electrodos con arquitecturas porosas pueden conducir a mayores capacidades de carga”, dice Panat. “Esto se debe a que tales estructuras permiten que el litio penetre a través del volumen del electrodo, lo que conduce a una utilización de electrodos muy alta y, por lo tanto, mayor capacidad de almacenamiento de energía. En baterías normales, el 30%-50% del volumen total del electrodo no se utiliza. Mediante el uso de la impresión 3D donde creamos una arquitectura de electrodos de microretícula, que permite el transporte eficiente de litio a través de todo el electrodo, aumenta las tasas de carga de la batería”.

 

baterias 3D

La arquitectura de celosía conseguida con impresión 3D puede proporcionar canales para el transporte efectivo del electrolito dentro del material, mientras que para el electrodo de cubo, la mayor parte del material no está expuesta al electrolito.

Para aplicación industrial en dos años

El método de fabricación aditiva presentado en el documento de Panat representa un avance importante en la impresión de geometrías complejas para arquitecturas de baterías 3D, así como un paso destacado hacia la optimización geométrica de las configuraciones 3D para el almacenamiento de energía electroquímica. Los investigadores estiman que esta tecnología estará lista para aplicaciones industriales en unos 2 o 3 años.

Se demostró que la estructura de microretícula (Ag) utilizada como electrodos de baterías de iones de litio mejora el rendimiento de la batería de varias maneras, como un aumento cuádruple en la capacidad específica y un aumento doble en la capacidad de área en comparación con un electrodo de bloque sólido.

Además, los electrodos conservaron sus complejas estructuras reticulares 3D después de cuarenta ciclos electroquímicos que demostraron su robustez mecánica. Por lo tanto, las baterías pueden tener una gran capacidad para el mismo peso o, alternativamente, para la misma capacidad, un peso muy reducido, un atributo importante para las aplicaciones de transporte.

Este método revolucionario será muy importante para la electrónica, la industria de dispositivos médicos, así como las aplicaciones aeroespaciales. La investigación se integrará bien con los dispositivos electrónicos biomédicos, donde se requieren baterías miniaturizadas. Los microdispositivos electrónicos no biológicos también se beneficiarán de este trabajo. Y a mayor escala, los dispositivos electrónicos, los drones pequeños y las aplicaciones aeroespaciales también pueden usar esta tecnología, debido al bajo peso y la alta capacidad de las baterías impresas con este método.

Imágenes de electrodos impresos en 3D para baterías de iones de litio utilizadas para el ciclo electroquímico en el estudio de los investigadores. Fuente: Rahul Panat y Mohammad Sadeq Saleh.

 

2018-08-09T12:22:58+00:00 3 agosto, 2018|