(a) Ilustraciones del proceso de impresión láser de un solo paso y (b) conversión inducida por láser durante la impresión. Crédito: HKUST
Un equipo de investigación ha desarrollado una innovadora técnica de impresión con láser de un solo paso para acelerar la fabricación de baterías de litio-azufre. Integrando la síntesis de materiales activos que consumen mucho tiempo y la preparación de cáculos en un proceso de conversión inducido por láser a escala de nanosegundos, esta técnica está preparada para revolucionar la producción industrial futura de dispositivos de almacenamiento de energía electroquímicos imprimibles. El equipo fue dirigido por el Prof. Mitch Li Guijun, profesor asistente de la División de Sistemas Integrativos y Diseño de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Hong Kong (HKUST).
Los resultados de este estudio se publican en la revista Nature Communications.
Se espera que las baterías de litio-azufre superen las baterías existentes de iones de litio debido a la alta densidad de energía teórica de los cátodos de azufre. Para garantizar la rápida conversión de especies de azufre, estos cátodos generalmente están compuestos de materiales activos, materiales huésped (o catalizadores) y materiales conductores.
Sin embargo, la fabricación de materiales huésped y la preparación de cátodos de azufre a menudo implica procesos complicados, de varios pasos e intensivos en mano de obra que requieren temperaturas y condiciones variables, lo que genera preocupaciones sobre la eficiencia y el costo en la producción industrial.
Para superar estos desafíos, el equipo del Prof. Li desarrolló una nueva técnica de impresión con láser de un solo paso para la rápida fabricación de cátodos integrados de azufre. Durante este proceso de irradiación láser-pulso de alto rendimiento, se activa el donante precursor, produciendo partículas de jeting que incluyen nanotubos híbridos sintetizados de Halloysite sintetizados in situ (material huésped), especies de azufre (material activo) y carbono poroso derivado de glucosa (componente conductivo). La mezcla se imprime en un aceptador de tela de carbono, formando un cátodo de azufre integrado. En particular, los cátodos de azufre impresos por láser demuestran un rendimiento sobresaliente tanto en las células de litio-azufre de monedas como en la bolsa.
Crédito: HKUST
“Los procesos de fabricación tradicionales de un cátodo/ánodo en la batería de iones generalmente contienen la síntesis de materiales activos (a veces combinados con material host/catalizador), la preparación de la lechada de mezcla y el conjunto de cátodo/ánodo”, dijo el profesor Li.
“Estos pasos generalmente se llevan a cabo por separado a diferentes temperaturas y condiciones porque los materiales se comportan de manera diferente. Como resultado, todo el proceso puede tomar decenas de horas o incluso varios días”.
El Prof. Li dijo: “Nuestra tecnología de conversión inducida por láser recientemente desarrollada ofrece una forma de combinar estos procesos en un solo paso a velocidades de nanosegundos. La velocidad de impresión puede lograr aproximadamente 2 cm2/minuto usando solo un láser de haz. Un cáculo de azufre de 75 × 45 mm2 se puede imprimir en 20 minutos y suministro de potencia de suministro durante varias horas cuando se ensamblan en una pantalla de sesgo de litio.
El Dr. Yang Rongliang, el primer autor de este trabajo y ex becario postdoctoral en HKUST, agregó: “Estos hallazgos intrigantes generados a partir de nuestro estudio sobre la interacción láser-material. El proceso de conversión inducido por láser puede caracterizarse como un proceso térmico ultra concentrado en el fenómeno. Miles de grados Kelvin.
“Los materiales precursores se descomponen, y las partículas descompuestas se recombinan para formar nuevos materiales. Este proceso térmico ultra concentrado no solo permite la formación y combinación de materiales con diferentes naturalezas, sino que también impulsa las microexplosiones concomitantes que facilitan la jetging y la transferencia de partículas formadoras”.
Más información: Rongliang Yang et al, cátodo integrado de azufre integrado con láser en un solo paso hacia las baterías de litio-balas de alto rendimiento, comunicaciones de la naturaleza (2025). Doi: 10.1038/s41467-025-57755-0
Proporcionado por la Universidad de Ciencia y Tecnología de Hong Kong
Cita: de haz a batería: baterías de litio-sulfur de impresión láser de un solo paso (23 de abril) Recuperado el 23 de abril de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-04-Battery-Saser-supercharges-highlitium.html
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