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Los electrodos de papel para baterías de iones de litio ya son una realidad

Investigadores de la Universidad Tecnológica de Nanyang (Singapur) han desarrollado una técnica para convertir el papel usado de envases y bolsas de un solo uso, así como de cajas de cartón, en un componente crucial de las baterías de iones de litio.

Mediante un proceso denominado carbonización, que convierte el papel en carbono puro, el equipo de la NTU transformó las fibras de papel en electrodos.

Para carbonizar el papel, el equipo lo expuso a altas temperaturas, que lo redujeron a carbono puro, vapor de agua y aceites que pueden utilizarse como biocombustible. Como la carbonización tiene lugar en ausencia de oxígeno, el proceso emite cantidades insignificantes de dióxido de carbono y, por tanto, es una alternativa más ecológica a la eliminación del papel kraft mediante incineración, que produce grandes cantidades de gases de efecto invernadero.

Los ánodos de carbono producidos por el equipo de investigación también demostraron ser duraderos, flexibles y electroquímicamente adecuados. Las pruebas de laboratorio demostraron que los ánodos podían cargarse y descargarse hasta 1,200 veces, es decir, al menos el doble de lo que duran los ánodos de las baterías de los teléfonos actuales.

Las baterías que utilizan los ánodos fabricados en la NTU también podrían soportar más estrés físico que sus homólogas, absorbiendo la energía de aplastamiento hasta cinco veces mejor.

En un artículo publicado en la revista Additive Manufacturing, los científicos explican que este nuevo método también utiliza procesos que consumen menos energía y metales pesados en comparación con los métodos industriales actuales para fabricar ánodos de baterías. Como el ánodo supone entre el 10% y el 15% del coste total de una batería de iones de litio, se espera que la técnica abarate también el coste de su fabricación.

Una piñata de pinchos

Para fabricar los ánodos de carbono, el grupo unió y cortó con láser varias láminas finas de papel kraft para formar diferentes geometrías reticulares, algunas parecidas a una piñata de pinchos. A continuación, el papel se calentó a 1,200 °C en un horno sin presencia de oxígeno, para convertirlo en carbono y formar los ánodos.

El equipo atribuye la mayor durabilidad, flexibilidad y propiedades electroquímicas del ánodo a la disposición de las fibras de papel. Afirman que esa combinación de resistencia y dureza mecánica permitiría a las baterías de teléfonos, ordenadores portátiles y coches soportar mejor los golpes de caídas y choques.

La tecnología actual de las baterías de litio se basa en electrodos internos de carbono que se agrietan y desmoronan gradualmente tras los golpes físicos de las caídas, lo cual es una de las principales razones por las que la vida útil de las baterías se acorta con el tiempo.

“Nuestro método convierte un material común y ubicuo -el papel- en otro extremadamente duradero y muy demandado”, afirma Lai Changquan, director del proyecto, en declaraciones a los medios. “Esperamos que nuestros ánodos sirvan a la creciente necesidad mundial de un material sostenible y más ecológico para las baterías, cuya fabricación y gestión inadecuada de residuos han demostrado tener un impacto negativo en nuestro medio ambiente”.

Economía circular

Además de los residuos metálicos, los de papel son también un problema medioambiental creciente. En Singapur, las bolsas de papel desechadas, el cartón, el periódico y otros envases de papel, representaron casi una quinta parte de los residuos generados en 2020.

Las bolsas de papel kraft, que constituyen la mayor parte de los residuos de papel del país, también resultaron tener una gran huella ambiental debido a su contribución al calentamiento global cuando se incineran y al potencial de ecotoxicidad en su producción, según un estudio separado de la NTU de 2020.

En opinión de los científicos, su innovación representa una oportunidad para reciclar los residuos y reducir la dependencia de Singapur de los combustibles fósiles, acelerando la transición del país hacia una economía circular, materiales ecológicos y energía limpia.

Reuters

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