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Nuevas baterías de litio textiles y plegables fabricadas por impresión 3D

HYE | 02 de agosto de 2019

Zheng Zijian, director del equipo de investigación de PolyU, muestra las baterías de litio textiles y flexibles.
Zheng Zijian, director del equipo de investigación de PolyU, muestra las baterías de litio textiles y flexibles.

Un equipo de investigación de la Universidad de Hong Kong ha evolucionado la tecnología de las baterías de litio textiles y plegables para que alcancen una densidad energética de 450 Wh/litro y una vida útil de hasta 1.000 ciclos de carga y descarga.

La tecnología de impresión 3D llega a las baterías de litio de la mano de un equipo de investigadores de la Universidad Politécnica de Hong Kong, que han desarrollado una batería de litio textil, plegable, con alta capacidad energética y muy segura, que tiene su aplicación en diferentes varios sectores industriales, desde la electrónica portátil hasta los aviones y los coches eléctricos.

El equipo de la Universidad de Hong Kong, (PolyU) ha aprovechado una tecnología también desarrollada por ellos y previamente patentada, para la fabricación de aditivos. La “deposición de metal asistida por polímero” (PAMD) les ha permitido desarrollar una batería de litio textil y flexible, con un radio de curvatura de menos de un milímetro, y un espesor de medio milímetro, que permite el plegado sobre sí misma.

Según Zheng Zijian, director del equipo de investigación de PolyU, las tecnologías portátiles se convertirá en la próxima gran oportunidad de mercado mundial después de los teléfonos inteligentes. Se pronostica que los ingresos del mercado global en dispositivos portátiles crecerán más del 20% anual hasta alcanzar los 100.000 millones de dólares en 2024. La tecnología de las baterías de litio flexibles ofrece una solución prometedora para cubrir el suministro de energía portátil (sistemas de monitores de salud, teléfonos, GPS, internet de las cosas). Además, los investigadores han confirmado que alcanza niveles de estabilidad, durabilidad y seguridad que le permitirán introducirse en industrias con mayores necesidades energéticas como la aeroespacial o la automotriz.

La densidad energética que es capaz de alcanzar el prototipo experimental de PolyU es de 450 Wh/litro. Tiene capacidades de carga y descarga rápida y su degradación es marginal incluso después de 1.000 ciclos lo que supone una vida útil comparable a las baterías de litio convencionales. La investigación de PolyU sigue las experiencias obtenidas en baterías flexibles durante la última década. En comparación, las baterías de litio flexibles existentes solo habían alcanzado radios de curvatura de aproximadamente 25 milímetros y menos de 200 Wh/litro de capacidad energética, con una baja robustez mecánica y poca estabilidad en los ciclos de carga y descarga.

Comparación entre las baterías de litio flexibles existentes hasta ahora y las desarrolladas por PolyU. Foto Universidad Politécnica de Hong Kong

Comparación entre las baterías de litio flexibles existentes hasta ahora y las desarrolladas por PolyU. Foto: Universidad Politécnica de Hong Kong.

Tecnología PAMD e impresión 3D

La tecnología de fabricación de aditivos PAMD de PolyU, permite depositar metales de cobre y níquel de alta conductividad en telas pretratadas, de manera uniforme y cómoda, de forma que posteriormente servirán como colectores de corriente. Posteriormente, se agregan los materiales activos que actúan como cátodos y ánodos. El textil metálico se combina con un separador y un electrolito y se ensambla en la batería de litio textil final.

Estas telas metálicas presentan muy baja resistencia eléctrica, lo que aumenta la transferencia de las cargas, y una gran área superficial que permite albergar mayor cantidad de ánodos y cátodos. Estas dos características, fundamentales en los materiales conductores, aumentan la estabilidad y permiten una mayor velocidad de carga y descarga.

El uso de la tecnología PAMD permite un control preciso del tiempo de deposición, el grosor y la resistencia de los hilos metálicos de la lámina. Así, el área de superficie de una lámina de hilo metálico 3D tejido es mucho mayor que la de una lámina de aluminio de tamaño similar.

 

Pruebas de seguridad

Las pruebas de deformación a las que se ha sometido la batería de PolyU han demostrado una estabilidad mecánica, durabilidad y seguridad extremadamente altas. La horquilla de voltajes permanece inalterada incluso cuando la batería se pliega repetidamente por la mitad, se retuerce en diferentes ángulos o se arruga libremente. 

Las pruebas de seguridad realizadas mediante el martilleo continuo, el recorte con tijeras y la penetración de clavos demuestran que la batería puede proporcionar una salida de potencia estable para componentes electrónicos sin riesgo de incendiarse o explotar.

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