Nanobaterías
Las nanobaterías son baterías fabricadas que emplean tecnología a nanoescala , partículas que miden menos de 100 nanómetros o 10 −7 metros. [2] [3] Estas baterías pueden ser de tamaño nanométrico o pueden usar nanotecnología en una batería de escala macro. Las baterías a nanoescala se pueden combinar para funcionar como una macrobatería, como dentro de una batería de nanoporos . [4]
La tecnología tradicional de baterías de iones de litio utiliza materiales activos, como el óxido de cobalto o el óxido de manganeso, con partículas que varían en tamaño entre 5 y 20 micrómetros (5000 y 20 000 nanómetros, más de 100 veces la nanoescala). Se espera que la nanoingeniería mejore muchas de las deficiencias de la tecnología de baterías actual, como la expansión del volumen y la densidad de potencia. [5] [6] [7]
El ánodo y el cátodo tienen dos potenciales químicos diferentes, que dependen de las reacciones que ocurren en cualquiera de los extremos. El electrolito puede ser un sólido o un líquido, refiriéndose a una celda seca o celda húmeda respectivamente y es conductor iónico. [7] El límite entre el electrodo y el electrolito se denomina interfase de electrolito sólido (SEI). Un voltaje aplicado a través de los electrodos hace que la energía química almacenada en la batería se convierta en energía eléctrica.
La capacidad de una batería para almacenar carga depende de su densidad de energía y densidad de potencia . Es importante que la carga pueda permanecer almacenada y que se pueda almacenar una cantidad máxima de carga dentro de una batería. Los ciclos y la expansión del volumen también son consideraciones importantes. Si bien existen muchos otros tipos de baterías, la tecnología actual de baterías se basa en la tecnología de intercalación de iones de litio por su alta potencia y densidad de energía, ciclo de vida prolongado y ausencia de efectos de memoria. Estas características han llevado a preferir las baterías de iones de litio a otros tipos de baterías. [8] Para mejorar la tecnología de una batería, se debe maximizar la capacidad de ciclo y la energía y la densidad de potencia y se debe minimizar la expansión del volumen.
Durante la intercalación de litio, el volumen del electrodo se expande, provocando tensión mecánica. La tensión mecánica compromete la integridad estructural del electrodo, provocando que se agriete. [5] Las nanopartículas pueden disminuir la cantidad de tensión ejercida sobre un material cuando la batería se somete a un ciclo, ya que la expansión de volumen asociada con las nanopartículas es menor que la expansión de volumen asociada con las micropartículas. [5] [6] La pequeña expansión de volumen asociada con las nanopartículas también mejora la capacidad de reversibilidad de la batería: la capacidad de la batería para realizar muchos ciclos sin perder la carga. [6]
En la tecnología actual de baterías de iones de litio, las tasas de difusión de litio son lentas. A través de la nanotecnología, se pueden lograr tasas de difusión más rápidas. Las nanopartículas requieren distancias más cortas para el transporte de electrones, lo que conduce a tasas de difusión más rápidas y una conductividad más alta, lo que finalmente conduce a una mayor densidad de potencia. [5] [6]
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