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Un nuevo estudio explora la clave para hacer que los murciélagos duren más
No te golpeará de inmediato. Puede tomar algunas semanas para notarlo. Usted tiene una batería AA de iones de litio recién recargada en un dispensador de agua kitty inalámbrico que puede durar dos días. Han durado una semana o más. Después de otra ronda de carga, duran solo un día. Pronto, nada.
Si te paras allí cuestionando tu comportamiento, serás perdonado. "Espera, ¿les di estas recargas?"
Relájate, no tú. Es el problema de la batería. Nada es eterno, incluso las llamadas baterías recargables de larga duración, ya sean AAs o AAA compradas en tiendas o baterías en nuestros teléfonos, auriculares inalámbricos o automóviles. La batería se descompone.
Feng Lin, profesor asociado de química en el Instituto de Tecnología de Virginia, es parte de un nuevo estudio internacional de múltiples agencias/universidades publicado en Science el 28 de abril de 2022, que examina los factores que impulsan la duración de la batería y cómo estos factores cambian con el tiempo en condiciones de carga rápida. El estudio encontró que en los primeros días, la descomposición de la batería parecía ser impulsada por la naturaleza de una sola partícula de electrodo, pero la forma en que estas partículas se combinaron después de docenas de ciclos de carga fue más importante.
Lin dijo: "Este estudio realmente nos ayudó a diseñar y fabricar electrodos de batería para una larga vida útil de la batería". Su laboratorio ahora está trabajando en el rediseño de los electrodos de la batería con el objetivo de fabricar estructuras de electrodos que proporcionen una capacidad de carga rápida para mantener una mayor vida útil y respetuosa con el medio ambiente en una fracción del costo actual.
"Cuando la estructura del electrodo permita que cada partícula individual responda rápidamente a las señales eléctricas, tendremos una buena caja de herramientas para cargar la batería rápidamente, y estamos felices de comprender la próxima generación de baterías de bajo costo y carga rápida", dijo Lin.
El estudio se realizó en cooperación con el Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC del Departamento de Energía de EE. UU., La Universidad de Purdue y la instalación europea de radiación sincrotrón, que es coautor del estudio. Xu Zhengrui y Hou Dong, becarios postdoctorales en Forest Laboratory, también coautores de la disertación, lideran la fabricación de electrodos, la fabricación de baterías y la medición del rendimiento de la batería, así como experimentos de rayos X y análisis de datos.
"Los componentes básicos son las partículas que componen el electrodo de la batería, pero estas partículas interactúan cuando se amplifican", dijo Liu Yizhen, científico de SLAC, investigador de la Fuente de Luz de Radiación Sincrotrón de Stanford (SSRL), y autor principal del documento. Entonces, "si quieres hacer una mejor batería, debes ver cómo juntar las partículas".
Como parte de este estudio, Lin, Liu y otros colegas utilizaron la tecnología de visión por computadora para estudiar cómo las partículas individuales que componen los electrodos de la batería recargable se dividen con el tiempo. Esta vez, el objetivo no es solo estudiar partículas individuales, sino estudiar cómo trabajan juntas para prolongar o degradar la bateríaAs part of its research, the team studied battery cathodes with X-rays.
Utilizan la tomografía de rayos X para reconstruir imágenes 3D del cátodo de la batería después de diferentes ciclos de carga. Luego cortaron las imágenes 3D en una serie de cortes 2D y usaron la visión por computadora para identificar las partículas. Además de Lin y Liu, el estudio también incluyó a Li Jizhou, un becario postdoctoral en SSRL; Zhao Kaijie, profesor de ingeniería mecánica; Y Nicole Sharma, estudiante de posgrado en la Universidad de Purdue.
Los investigadores finalmente identificaron más de 2,000 partículas individuales que no solo calcularon las características de una sola partícula, como el tamaño, la forma y la rugosidad de la superficie, sino que también calcularon las características, como la frecuencia con la que las partículas están en contacto directo entre sí y la diversidad de formas de las partículas.
A continuación, examinaron cómo estas propiedades causaron la descomposición de las partículas y surgieron un patrón convincente. Después de 10 ciclos de carga, el mayor factor de influencia es la naturaleza de una sola partícula, que incluye la esfera de la partícula y la relación entre el volumen de la partícula y el área de la superficie. Sin embargo, después de 50 ciclos, el emparejamiento y las propiedades del grupo, como la distancia entre dos partículas, cuánto cambia su forma y wh“.
Ya no es solo la partícula en sí. Lo que importa es la interacción entre partículas y partículas ", dijo Liu." Esto es importante porque significa que los fabricantes pueden desarrollar técnicas para controlar tales propiedades.Por ejemplo, pueden usar campos magnéticos o eléctricos para alinear las partículas alargadas entre sí, y los nuevos resultados indican que la batería tendrá una vida más larga ".
Lin, miembro del Instituto de Innovación de Polímeros de la Universidad Politécnica de Virginia y miembro de la facultad del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Politécnica de Virginia, agregó: "Hemos estado estudiando en profundidad cómo hacer que las baterías de vehículos eléctricos funcionen de manera efectiva bajo carga rápida y baja temperatura.
