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Los investigadores imprimen en 3D con éxito baterías de iones de litio de tamaño personalizado


Las baterías de iones de litio alimentan casi todas las piezas de tecnología y dispositivos modernos que utilizamos a diario. Alimentan vehículos eléctricos, teléfonos celulares, computadoras portátiles y tabletas. Durante años, el desarrollo y el diseño del dispositivo dependieron del tamaño y la forma de los tipos de baterías disponibles.

Un equipo de investigadores de la American Chemical Society descubrió una forma de crear baterías de iones de litio personalizadas a través de la impresión 3D. Este sistema innovador podría significar una variedad de nuevos dispositivos en tamaños y formas que el público nunca antes había visto.

Restricciones actuales de iones de litio

Los investigadores Christopher Reyes, Benjamin Wiley y sus colegas notaron que la mayoría de las baterías de iones de litio en el mercado tienen forma cilíndrica o rectangular. Estas formas tradicionales significan que desarrolladores como Apple, Toshiba o Samsung deben tener en cuenta primero la forma de la batería de iones de litio al desarrollar el próximo teléfono inteligente o computadora. También significa que hay una cantidad inevitable de espacio desperdiciado dentro del dispositivo causado por la batería.

También existe una restricción de tamaño en cuanto a qué tan pequeños pueden llegar a ser efectivos los iones de litio. Si bien las baterías pueden volverse pequeñas, todavía debe haber suficiente espacio dentro de ellas para los electrolitos, los materiales del ánodo y cátodo y los aditivos de carbono.

La impresión 3D es una solución para los tamaños de iones de litio

En teoría, el equipo de ACS podría imprimir en 3D un dispositivo completo, incluida la batería, en cualquier forma. El proceso de impresión no fue el problema. El problema provino de los polímeros utilizados en la tecnología de impresión 3D. Los polímeros como el ácido poliláctico (PLA) no son conductores iónicos. Para mantener los costos bajos, los investigadores tuvieron que encontrar una manera de crear baterías de iones de litio personalizadas en impresoras 3D económicas y relativamente estándar.

Los investigadores desarrollaron una forma de aumentar la conductividad del PLA. Lo infundieron con una solución de electrolitos y agregaron grafeno o nanotubos de carbono en el ánodo o cátodo, respectivamente. La adición de grafeno y nanotubos de carbono mejoró la conductividad de la batería.

Para probar su solución, crearon un simple brazalete LED que parecía un Fitbit o un rastreador de actividad. Los LED del brazalete funcionaban con una batería de iones de litio integrada en el brazalete. La batería encendió el LED verde durante casi un minuto, una capacidad baja para personas acostumbradas a la duración de la carga de la batería de un iPhone.

Los investigadores admitieron que la primera ronda de baterías impresas en 3D es dos veces menor que la potencia de las baterías comerciales de iones de litio. Si bien el proceso es impresionante, la batería en sí todavía está demasiado baja para uso comercial y práctico. Sin embargo, los investigadores han finalizado el proceso y ya tienen varias ideas para aumentar la capacidad. Intentarán reemplazar los materiales PLA con nuevos materiales como pastas imprimibles en 3D.

No hay noticias de los investigadores sobre si las baterías impresas en 3D evitan su tendencia a sobrecalentarse e incluso encenderse. El año pasado, un equipo separado de investigadores de la Universidad de Maryland desarrolló una batería de iones de litio a base de agua que dijeron que era incapaz de encender una llama potencialmente peligrosa.


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