Investigadores del Instituto de Ciencia de Materiales de Corea han desarrollado un nuevo material colector de corriente 3D, poroso y basado en carbono para mejores baterías y condensadores.

Los colectores de corriente son vitales en la producción de placas de electrodos de película delgada. Sin embargo, su peso y tamaño imponen limitaciones para aumentar la densidad de energía y reducir el peso del dispositivo. Esta limitación es más evidente en las aplicaciones de almacenamiento de energía a gran escala, como los vehículos eléctricos, donde la carga repetida y la entrada 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 nuevo material colector de corriente tridimensional, poroso y basado en carbono. Luego, este material innovador se empleó 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 produjeron un colector de corriente basado en carbono caracterizado por una estructura de carbono porosa tridimensional estable capaz de resistir diferentes condiciones ambientales. Además, lograron la producción de electrodos empleando un proceso de recubrimiento de material activo convencional comúnmente usado en la industria de baterías secundarias, simplificando el procedimiento de producción en masa. Este enfoque permitió al equipo de investigación ir más allá al adaptar los materiales del colector de corriente para adaptarse a entornos operativos específicos, incluidos los electrolitos y los voltajes operativos.

El equipo de investigación logró mejoras dramáticas en la densidad de energía y potencia y mejoró la estabilidad del ciclo 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 de metal convencionales con una estructura bidimensional y un área de contacto interfacial limitada con el material activo, el colector de corriente tridimensional a base de carbono recientemente desarrollado ha maximizado el área interfacial altamente estable. Este avance fundamental ha jugado un papel crucial en la mejora de la durabilidad del dispositivo a lo largo de su ciclo de vida.

Al abordar los desafíos fundamentales asociados con el material, el investigador cree que puede allanar el camino para su comercialización y adopción generalizada, lo que permite su aplicación a diferentes escalas de dispositivos de almacenamiento de energía. El estudio redefinió el significado del colector de corriente, que anteriormente se consideraba un componente menor en la formación de electrodos. El objetivo de los investigadores es liderar el desarrollo de tecnologías de conversión de energía altamente rentables y respetuosas con el medio ambiente.

Referencia: Jong Han Jun et al, Twisted CNT Assemblies as an All-Round Current Collector for Volume Efficient Li-ion Hybrid Capacitors, Materiales aplicados e interfaces ACS (2023). DOI: 10.1021/acsami.3c02492