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La sinterización fría resuelve el desafío de la batería
Un método de baja temperatura para crear baterías de estado sólido más seguros y de alto rendimiento, que potencialmente transforman el almacenamiento de energía en todo, desde teléfonos inteligentes hasta vehículos eléctricos.
En un salto prometedor para el almacenamiento de energía de próxima generación, los investigadores de Penn State están avanzando en la tecnología de baterías de estado sólido que podrían reemplazar las baterías tradicionales, y a menudo peligrosas, de iones de litio que se encuentran en teléfonos, computadoras portátiles y vehículos eléctricos.
El equipo, dirigido por Hongtao Sun, profesor asistente de ingeniería industrial y de fabricación, se centra en electrolitos de estado sólido (SSE), que reemplazan los electrolitos líquidos inflamables en las baterías convencionales.Los SSE ofrecen estabilidad y seguridad térmicas superiores, pero históricamente, han sido difíciles de producir debido a las altas temperaturas de procesamiento y la mala conductividad.
Para resolver esto, el equipo de Sun empleó una técnica conocida como sinterización de frío, un proceso de baja temperatura que comprime los polvos de cerámica en formas densas usando presión y una pequeña cantidad de solvente.Este método permitió a los investigadores crear un nuevo SSE compuesto de polímero de cerámica llamado LATP-Pilg, combinando la alta conductividad de un gel líquido poliódico (PILG) con la estabilidad del LATP cerámico."La sinterización tradicional requiere temperaturas cercanas a 1,000 ° C", explicó Sun, "pero la sinterización fría nos permite mantenerla a alrededor de 150 ° C. Eso es lo suficientemente bajo como para preservar los componentes del polímero mientras densifica la cerámica".
Una gran innovación radica en cómo el equipo abordó los problemas de transporte de iones.Normalmente, los límites de grano en los materiales cerámicos impiden conductividad.Pero al integrar PILG en los límites de grano, crearon vías de ingeniería que mejoran el movimiento iónico y reducen la pérdida de energía.El SSE compuesto resultante no solo cuenta con una alta conductividad de temperatura ambiente, sino que también admite una ventana de voltaje más amplia (0 a 5.5 voltios), en comparación con los 0 a 4 voltios típicos de los electrolitos líquidos.Esto significa que las baterías pueden usar cátodos de alto voltaje y ofrecer más energía.
Mirando hacia el futuro, Sun imagina aplicaciones amplias para la sinterización de frío más allá de las baterías, en la fabricación de semiconductores y el procesamiento general de cerámica."Nuestro próximo paso es desarrollar un modelo de producción sostenible y escalable", dijo."Ahí es donde se encuentra el futuro de esta tecnología".