Investigadores del KIMS liderados por el Dr. Ji-Hoon Lee crean un colector de corriente tridimensional a base de carbono para mejorar la densidad de energía y prolongar la vida útil.
Un equipo de investigación liderado por el Dr. Ji-Hoon Lee, del Departamento de Materiales de Energía de Hidrógeno del Instituto Coreano de Ciencia de Materiales (KIMS), desarrolló un material colector de corriente tridimensional y poroso a base de carbono y lo aplicó a baterías secundarias y supercondensadores para mejorar la densidad de energía y la vida útil al mismo tiempo. La investigación, realizada en colaboración con el Prof. Insuk Choi de la Universidad Nacional de Seúl y el Prof. Jungho Shin de la Universidad Nacional de Gangneung-Wonju, fue publicada como artículo de portada el 18 de mayo en ACS Applied Materials & Interfaces.
Un colector de corriente actúa como una parte crucial en la fabricación de una placa de electrodo de película delgada. Sin embargo, debido a que el colector de corriente ocupa una parte significativa del peso y tamaño del electrodo, está limitado para mejorar la densidad de energía y reducir el peso y volumen del dispositivo de almacenamiento de energía.
Esta característica es particularmente prominente en campos donde se aplican dispositivos de almacenamiento de energía electroquímica de tamaño mediano y grande, como los vehículos eléctricos, e incluso en la carga y descarga repetida. Además, la causa de la reducción de la vida útil de la batería es el desprendimiento del material activo o la corrosión del colector de corriente metálico existente debido a la entrada de humedad y aire en la batería.
Los investigadores fabricaron un colector de corriente a base de carbono con una estructura porosa de carbono tridimensional, estable en diversos entornos, utilizando un método de deposición química de vapor de catalizador flotante (FC-CVD, por sus siglas en inglés). Luego, lograron fabricar electrodos mediante el proceso convencional de recubrimiento de material activo utilizado en la industria de baterías secundarias para facilitar el proceso de producción en masa. Con este enfoque, el equipo de investigación superó las limitaciones existentes de modificar los materiales del colector de corriente de acuerdo con el entorno operativo específico, como el electrolito y el voltaje de funcionamiento.
¡KIMS redefine el papel del colector de corriente!
Mejora de la estabilidad de la vida útil y la tasa de retención de capacidad inicial mediante el colector de corriente desarrollado por el equipo de investigación. Crédito: Instituto Coreano de Ciencia de Materiales (KIMS)
Además, el equipo de investigación logró mejorar la densidad de energía/potencia y la estabilidad del ciclo mediante los poros amplios de los colectores de corriente, ya que la estructura porosa facilita el transporte de iones de litio. Los metales convencionales en láminas tienen un área de contacto interfacial limitada con el material activo porque tienen una estructura bidimensional. Sin embargo, el colector de corriente a base de carbono tridimensional recién desarrollado maximizó el área interfacial altamente estable y desempeñó un papel clave en mejorar el ciclo de vida de un dispositivo.
El Dr. Ji-Hoon Lee, el investigador principal, dijo: "A medida que se resuelven los problemas fundamentales del material, se facilitará la comercialización del colector de corriente a base de carbono y se aumentará la utilización del colector de corriente para cubrir cualquier escala de los dispositivos de almacenamiento de energía. Este estudio redefine el papel del colector de corriente, que se había limitado a ser un componente menor en la formación del electrodo. A través de investigaciones posteriores, nos esforzaremos por liderar el desarrollo de tecnología de conversión de energía que sea respetuosa con el medio ambiente y altamente económica".
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