
Imagen de papel de portada. Crédito: Instituto Coreano de Ciencia de Materiales (KIMS)
Un equipo de investigación dirigido por el Dr. Ji-Hoon Lee del Departamento de Materiales de Energía de Hidrógeno del Instituto de Ciencia de Materiales de Corea (KIMS) desarrolló un material colector de corriente tridimensional poroso a base de carbono y lo aplicó a baterías secundarias y supercondensadores para mejorar densidad de energía y vida útil al mismo tiempo. Un estudio realizado con el prof. Insuk Choi de la Universidad Nacional de Seúl y el prof. Jungho Shin de la Universidad Nacional de Gangneung-Wonju fue publicado el 18 de mayo en un artículo titular en Materiales utilizados e interfaces ACS.
El colector de corriente actúa como una parte clave de la producción de la placa de electrodos de película delgada. Sin embargo, debido a que el colector de corriente ocupa una proporción significativa del peso y tamaño del electrodo, su capacidad para mejorar la densidad de energía y reducir el peso y volumen del dispositivo de almacenamiento de energía está limitada.
Esta característica es particularmente evidente en campos donde se utilizan dispositivos de almacenamiento de energía electroquímica de tamaño mediano a grande, como los vehículos eléctricos, e incluso en cargas y descargas repetidas. Además, la vida útil de la batería se acorta debido a la deslaminación del material activo o la corrosión del colector de corriente de metal existente debido a la entrada de humedad y aire en la batería.
Los investigadores fabricaron un colector de corriente de carbono con una estructura de carbono poroso en 3D que es estable en varios entornos mediante deposición química de vapor (FC-CVD) con un catalizador flotante. Luego lograron fabricar los electrodos utilizando un proceso de recubrimiento de material activo que se usa típicamente 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 actual de acuerdo con un entorno operativo específico, como el electrolito y el voltaje operativo.

Estabilidad de vida y mejora de la tasa de retención de capacitancia inicial por parte del colector de corriente desarrollado por el equipo de investigación. Crédito: Instituto Coreano de Ciencia de Materiales (KIMS)
Además, el equipo de investigación pudo mejorar la densidad de energía/potencia y aumentar la estabilidad del ciclo debido a los poros anchos de los colectores de corriente, lo que facilita el transporte de iones de litio en la estructura porosa. Las láminas metálicas convencionales tienen un área limitada de contacto interfacial con el material activo porque tienen una estructura bidimensional. Sin embargo, el colector de corriente 3D basado en carbono recientemente desarrollado maximizó la interfaz altamente estable y desempeñó un papel clave en la mejora del ciclo de vida del dispositivo.
El Dr. Ji-Hoon Lee, científico principal, dijo: “Después de resolver los problemas materiales subyacentes, se facilitará la comercialización del colector de energía a base de carbono y se aumentará el uso del colector de energía para que cualquier escala de almacenamiento de energía Los dispositivos se pueden cubrir. Este estudio redefinió el papel del colector de corriente, que se redujo a un pequeño elemento para formar los electrodos. A través de más investigaciones, nos esforzaremos por desarrollar una tecnología de conversión de energía que sea respetuosa con el medio ambiente y muy económica”.
Más información:
Jong Han Jun et al., Ensambles CNT trenzados como un colector de corriente versátil para capacitores híbridos de iones de litio rentables, Materiales utilizados e interfaces ACS (2023). DOI: 10.1021/acsami.3c02492
Proporcionado por el Consejo Nacional de Investigación de Ciencia y Tecnología