Prevención de la pérdida de litio para las baterías de iones de litio de alta capacidad
Una novedosa estrategia de pretratamiento resuelve un problema de larga data de los materiales de ánodos de silicio
Un equipo de investigadores coreanos ha desarrollado una tecnología de procesamiento para maximizar las densidades de energía de las baterías de alta capacidad. El equipo de investigación conjunto, que está formado por el Dr. Lee, Minah del Centro de Investigación de Almacenamiento de Energía y el Dr. Hong, Jihyun del Centro de Investigación de Materiales Energéticos, ambos del Instituto de Energía Limpia del Instituto de Ciencia y Tecnología de Corea (KIST), anunció el desarrollo de una tecnología que proporciona una solución sencilla a un problema persistente asociado a los materiales con ánodo de silicio (-).
El Instituto Coreano de Ciencia y Tecnología (KIST) anunció el desarrollo de una tecnología que ofrece una solución sencilla a un problema persistente asociado a los materiales de ánodos de silicio (-).
Korea Institute of Science and Technology
Recientemente, los materiales de ánodos de silicio capaces de almacenar cuatro veces más iones de litio que los materiales de ánodos de grafito en las baterías de iones de litio han recibido una atención creciente debido a su potencial para mejorar el kilometraje de los vehículos eléctricos. Pero cuando se carga en el ciclo inicial, una batería con un ánodo de silicio pierde más del 20% de los iones de litio que utiliza para el almacenamiento de electricidad, lo que da lugar a un problema de reducción de la capacidad de la batería. Para resolver este problema, se ha estudiado un método de "precarga de litio" o "preliteración", que consiste en añadir litio adicional antes del montaje de la batería para compensar la pérdida de litio durante el ciclo de la misma. Los métodos aplicados hasta ahora, como el uso de polvo de litio, tienen los inconvenientes de un riesgo para la seguridad y un alto costo.
El Dr. Lee y el Dr. Hong del KIST han desarrollado una tecnología que permite la precarga de iones de litio utilizando una solución que contiene litio en lugar del polvo de litio, para evitar la pérdida de litio en un ánodo con base de silicio. Sumergir un electrodo en la solución adaptada sólo durante cinco minutos es suficiente para lograr una precarga de litio satisfactoria, mediante la cual los electrones e iones de litio se insertan en el ánodo de base de silicio a través de una reacción química espontánea. Lo que hizo posible este sencillo proceso fue que, a diferencia del método convencional de añadir polvo de litio a un electrodo que conduce a una distribución heterogénea del litio, la solución de preliteración adaptada se filtra rápidamente en un electrodo asegurando la entrega homogénea de litio en el óxido de silicio.
El ánodo de silicio prelijado desarrollado por el equipo de investigación pierde menos del 1% de litio activo en la primera carga, lo que produce una alta eficiencia inicial de la batería del 99% o más. Una batería fabricada con el ánodo prelititado exhibió una densidad de energía 25% mayor que la de una batería comparable que utilizaba un ánodo de grafito disponible en el mercado.
El Dr. Lee, que dirigió la investigación, comentó: "Al incorporar una técnica de ciencia de los materiales computacionales en el diseño de una estructura molecular óptima, fuimos capaces de mejorar la eficiencia de un ánodo de alta capacidad basado en el silicio a pasos agigantados con el sencillo método de controlar simplemente la temperatura de la solución y el tiempo de reacción". Como esta tecnología es fácilmente aplicable al proceso de rollo a rollo utilizado en las instalaciones de fabricación de baterías existentes, nuestro método tiene el potencial de lograr un gran avance en la implementación de ánodos basados en silicio para baterías prácticas". El investigador co-líder, Dr. Hong, dijo: "Este trabajo de colaboración podría realizarse porque el KIST fomenta la investigación conjunta entre miembros de diferentes equipos de investigación". Continuó añadiendo, "esta tecnología de preliteración puede aumentar el kilometraje de los vehículos eléctricos en un mínimo de 100 km de media".
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