Investigadores de la Universidad de Swansea, en colaboración con la Universidad Tecnológica de Wuhan y la Universidad de Shenzhen, han desarrollado una técnica pionera para fabricar colectores de corriente de grafeno a gran escala.
Este avance promete mejorar significativamente la seguridad y el rendimiento de las baterías de iones de litio (LIB), abordando un desafío importante en la tecnología de almacenamiento de energía.
Publicado en Ingeniería Química de la NaturalezaEl estudio detalla el primer protocolo exitoso para producir láminas de grafeno sin defectos a escala comercial. Estas láminas ofrecen una conductividad térmica notable (hasta 1.400,8 W m-1 K-1), aproximadamente diez veces mayor que los colectores de corriente tradicionales de cobre y aluminio utilizados en las LIB.
“Este es un importante paso adelante para la tecnología de baterías”, dijo el coautor principal, el Dr. Rui Tan, de la Universidad de Swansea. “Nuestro método permite la producción de colectores de corriente de grafeno a una escala y calidad que pueden integrarse fácilmente en la producción de baterías comerciales. No sólo mejora la protección de la batería al gestionar eficientemente el calor, sino que también aumenta la densidad de energía y la longevidad”.
Una de las preocupaciones más importantes en el desarrollo de LIB de alta potencia, especialmente las utilizadas en vehículos eléctricos, es la fuga térmica, una situación peligrosa en la que el exceso de calor provoca fallas en la batería, lo que a menudo resulta en incendio o explosión. Estos colectores de corriente de grafeno están diseñados para minimizar este riesgo al disipar el calor de manera eficiente y prevenir reacciones exotérmicas que pueden provocar una fuga térmica.
“Nuestra estructura densa y alineada de grafeno proporciona una fuerte barrera contra la formación de gases inflamables y evita que el oxígeno entre en las celdas de la batería, lo cual es crucial para evitar fallos catastróficos”, explicó el coautor principal, el Dr. Jinlong Yang, de la Universidad de Shenzhen.
El proceso recientemente desarrollado no es sólo un éxito de laboratorio sino una solución escalable, capaz de producir láminas de grafeno de metros a kilómetros de longitud. En una notable demostración de su potencial, los investigadores crearon una lámina de grafeno de 200 metros de largo y 17 micrómetros de espesor. Esta lámina conserva una alta conductividad eléctrica incluso después de doblarse 100.000 veces, lo que la hace ideal para su uso en electrónica flexible y otras aplicaciones avanzadas.
Este nuevo método permite la producción de láminas de grafeno con espesores personalizables, lo que podría conducir a baterías más eficientes y seguras.
Esta innovación podría tener amplias implicaciones para el futuro del almacenamiento de energía, particularmente en los vehículos eléctricos y los sistemas de energía renovable, donde la seguridad y la eficiencia son primordiales. Este equipo de investigación colaborativo internacional dirigido por el profesor Liqiang Mai y el profesor Daping He de la Universidad Tecnológica de Wuhan, el Dr. Xinlong Yang de la Universidad de Shenzhen y el Dr. Rui Tan de la Universidad de Swansea continúa perfeccionando su proceso con esfuerzos continuos para reducir el espesor del grafeno. El grupo de la profesora Serena Margodonor de la Universidad de Swansea exploró este nuevo material más allá de las baterías de iones de litio, como las baterías de flujo redox y las baterías de iones de sodio, mejorando aún más las láminas y sus propiedades mecánicas.