Lo mejor de los dos electrolitos para mejorar las baterías de iones de litio
Los investigadores aplican un conductor cerámico a un electrolito polimérico para aumentar la conductividad
Las baterías de iones de litio alimentan el dispositivo en el que aparecen estas palabras. Desde teléfonos y ordenadores portátiles hasta vehículos eléctricos, las baterías de iones de litio son fundamentales para la tecnología del mundo moderno, pero también pueden explotar. Compuestas por electrodos con carga negativa y positiva y un electrolito para transportar los iones a través de la división, las baterías de iones de litio son tan buenas como las limitaciones de sus componentes. Los electrolitos líquidos son potencialmente volátiles a altas temperaturas y su eficacia puede verse limitada por la falta de uniformidad y las inestabilidades de los demás componentes.
Un nuevo relleno cerámico puede ayudar a paliar las limitaciones de los electrolitos compuestos de estado sólido. El relleno no sólo reduce las barreras de interfaz entre los componentes del compuesto, sino que también proporciona una vía adicional de transporte de iones de litio, aumentando el número de iones y la velocidad con la que se mueven a través del electrolito.
Energy Materials and Devices, Tsinghua University Press
Los investigadores están trabajando para desarrollar baterías más seguras y eficientes con electrolitos sólidos, un cambio significativo respecto a la versión líquida que actualmente transporta los iones en la mayoría de las baterías disponibles en el mercado. El reto es que cada material de estado sólido tiene tantos inconvenientes como ventajas, según un equipo del Centro de Investigación de Ingeniería de Electrolitos de Baterías de Litio de Estado Sólido del Instituto de Investigación de Materiales de la Escuela Internacional de Posgrado Tsinghua Shenzhen.
Para resolver este enigma, los investigadores combinaron dos de los principales candidatos de estado sólido -cerámica y polímero- en un nuevo electrolito compuesto.
Publicaron sus resultados el 21 de septiembre en Energy Materials and Devices.
"Los electrolitos compuestos de estado sólido han recibido una gran atención debido a sus ventajas combinadas como electrolitos inorgánicos y poliméricos", afirma Yu Yuan, coautor del trabajo y también afiliado a la Escuela Internacional de Posgrado Tsinghua Shenzhen. "Sin embargo, los rellenos cerámicos inorgánicos convencionales ofrecen una mejora limitada de la conductividad iónica para los electrolitos compuestos de estado sólido debido a la capa de carga espacial entre la matriz polimérica y la fase cerámica".
Los electrolitos cerámicos inorgánicos ofrecen una alta conductividad, pero desarrollan resistencia cuando se enfrentan a otro sólido y son complicados de sintetizar. Los electrolitos poliméricos son más fáciles de producir, más flexibles y funcionan mejor con electrodos, pero su conductividad a temperatura ambiente es demasiado baja para su aplicación comercial. Según Yuan, la combinación de ambos debería producir un electrolito altamente conductor, flexible y más fácil de sintetizar. Sin embargo, en realidad, cuando se mezclan, los electrolitos compuestos de estado sólido presentan una separación -denominada capa de carga espacial- entre sus partes constituyentes que limita su conductividad.
Para corregirlo, los investigadores utilizaron tantalato de litio, que tiene una estructura cristalina que le confiere propiedades ópticas y eléctricas únicas, como relleno funcional para mitigar la capa de carga espacial. El material cerámico conductor de iones es ferroeléctrico, lo que significa que puede invertir la carga eléctrica cuando se le aplica corriente.
"El relleno no sólo alivia la capa de carga espacial, sino que también proporciona una vía adicional de transporte de iones de litio", explica Likun Chen, coautor del estudio y también afiliado a la Tsinghua Shenzhen International Graduate School.
Los investigadores demostraron experimentalmente que el relleno de tantalato de litio alivia el cuello de botella del transporte de iones de litio a través de la interfaz polímero-cerámica, lo que hace que los iones de litio se muevan en mayor número y velocidad a través del electrolito.
El resultado, según los investigadores, es un electrolito de alta conductividad y larga vida cíclica, es decir, la frecuencia con que los iones pueden transportarse a través de la batería en ciclos de carga y descarga, incluso a bajas temperaturas.
"Este trabajo propone una estrategia novedosa para diseñar rellenos cerámicos integrados con propiedades ferroeléctricas y conductoras de iones para lograr un transporte de iones de litio de alto rendimiento en electrolitos compuestos-sólidos para baterías de litio-metal de estado sólido avanzadas", afirma Yuan. "Nuestro enfoque arroja luz sobre el diseño de rellenos cerámicos funcionales para electrolitos compuestos de estado sólido para mejorar eficazmente la conductividad iónica y el rendimiento de la batería".
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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