Colector de energía eficiente y duradero para dispositivos de almacenamiento de energía

Investigadores del Instituto de Ciencia de Materiales de Corea han desarrollado un novedoso material colector de corriente tridimensional, poroso y basado en carbono para mejores baterías y condensadores.

Los colectores de corriente son cruciales en la fabricación de placas de electrodos de película delgada. Sin embargo, su peso y tamaño dificultan la mejora de la densidad de energía y la reducción del peso del dispositivo. Esta limitación se vuelve más evidente en aplicaciones de almacenamiento de energía a gran escala, como los vehículos eléctricos, donde la carga repetida y la intrusión de humedad pueden provocar la delaminación del material activo y la corrosión del colector de corriente.

Investigadores del Departamento de Materiales de Energía de Hidrógeno del Instituto de Ciencia de Materiales de Corea (KIMS) han desarrollado un novedoso material colector de corriente tridimensional poroso a base de carbono. Este material innovador luego se usó en baterías secundarias y supercondensadores, lo que resultó en mejoras simultáneas en la densidad de energía y la vida útil.

Utilizando una técnica de deposición de vapor químico de catalizador flotante (FC-CVD), los investigadores fabricaron un colector avanzado basado en carbono que presenta una estructura de carbono porosa tridimensional estable que puede soportar diversas condiciones ambientales. Además, lograron la producción de electrodos mediante la adopción de un proceso de recubrimiento de material activo convencional comúnmente utilizado en la industria de baterías secundarias, lo que agilizó el proceso de producción en masa. Este enfoque permitió al equipo de investigación superar las limitaciones a la hora de hacer coincidir los materiales del colector de corriente con los entornos operativos específicos, incluidos los electrolitos y los voltajes operativos.

El equipo de investigación logró mejoras notables en la densidad de energía y potencia, así como una mejor estabilidad de los ciclos, aprovechando los grandes poros de los colectores de corriente. La estructura porosa fue diseñada para facilitar el transporte eficiente de iones de litio. A diferencia de las láminas metálicas tradicionales con estructura bidimensional y área de contacto interfacial limitada con el material activo, el colector de corriente tridimensional a base de carbono recientemente desarrollado maximiza el área interfacial altamente estable. Este avance crucial desempeñó un papel crucial en la extensión de la vida útil del dispositivo a lo largo de su ciclo de vida.

Al abordar los desafíos fundamentales asociados con el material, el investigador cree que pueden allanar el camino para su comercialización y aceptación generalizada, y permitir su aplicación en diferentes escalas de dispositivos de almacenamiento de energía. El estudio ha redefinido la importancia del colector de corriente, que anteriormente se pensaba que era un componente menor en la formación de electrodos. El objetivo de los investigadores es avanzar en el desarrollo de tecnologías de conversión de energía respetuosas con el medio ambiente y extremadamente rentables.

Referencia: Jong Han Jun et al., Ensambles de CNT entrelazados como un colector de corriente integral para capacitores híbridos de iones de litio de volumen eficiente, Interfaces y materiales aplicados de ACS (2023). DOI: 10.1021/acsami.3c02492