Las baterías de iones de litio ya no son el estándar de oro en tecnología de baterías
Hacia fuentes de energía más seguras y potentes
El uso de litio metálico como ánodo de las baterías es una de las opciones más inteligentes y con mejor densidad energética que otros materiales. Sin embargo, la interfaz entre el electrodo y el electrolito presenta bastantes problemas que pueden resolverse para obtener un resultado más seguro y funcional en el futuro.
Cada cuña consta de diferentes construcciones de interfaces electrodo-electrolito para contribuir a una revisión práctica del diseño de los electrodos metálicos de litio
Yanyan Wang, University of Adelaide
Los investigadores quieren sustituir el ánodo de grafito por otro de metal de litio para construir un sistema de baterías con mayor densidad energética. Sin embargo, el ánodo de metal de litio es inestable y reacciona fácilmente con el electrolito para formar una interfase sólido-electrolito (SEI). Por desgracia, la SEI natural es frágil y quebradiza, lo que reduce su vida útil y su rendimiento. Los investigadores han buscado un sustituto de la SEI natural que pueda mitigar eficazmente las reacciones secundarias del sistema de baterías. La respuesta es ASEI: interfase artificial de electrolito sólido. La ASEI corrige algunos de los problemas que aquejan al ánodo metálico de litio desnudo para crear una fuente de energía más segura, fiable y potente que pueda utilizarse con más confianza en vehículos eléctricos y otras aplicaciones similares.
Los investigadores publicaron sus hallazgos en Energy Materials and Devices el 25 de septiembre.
"Las tecnologías de baterías han revolucionado nuestro estilo de vida y están estrechamente relacionadas con la vida de todos. Para hacer realidad una economía realmente libre de carbono, se necesitan baterías con mejores prestaciones que sustituyan a las actuales de iones de litio", afirma Yanyan Wang, autor e investigador del estudio.
Las baterías de litio-metal (LMB) son uno de esos candidatos. Sin embargo, el ánodo, de metal de litio, es reactivo con el electrolito y se forma una capa de pasivación, llamada interfase sólido-electrolito, en la superficie del metal de litio durante el funcionamiento de la batería. Otro problema del ánodo de metal de litio es el llamado "crecimiento de dendritas", que aparece durante la carga de la batería. Las dendritas parecen estructuras arborescentes que causan daños internos en la batería, provocando cortocircuitos, bajo rendimiento y riesgos potenciales para la seguridad. En conjunto, estas deficiencias reducen la viabilidad de las LMB y plantean algunos retos que deben abordarse.
La revisión presenta algunas estrategias que pueden emplearse para crear un ánodo de metal de litio más eficaz y seguro. Para mejorar el ánodo de metal de litio, los investigadores descubrieron que es necesario homogeneizar la distribución de los iones de litio, lo que puede ayudar a reducir los depósitos en las zonas con carga negativa de las baterías. Esto, a su vez, reducirá la formación de dendritas, lo que puede evitar el deterioro prematuro y los cortocircuitos. Además, al facilitar la difusión de los iones de litio y garantizar el aislamiento eléctrico de las capas, se puede mantener la integridad de la estructura, tanto física como química, durante los ciclos de la batería. Y lo que es más importante, reducir la tensión entre la interfaz del electrodo y el electrolito puede garantizar una conectividad adecuada entre las capas, que es una parte esencial de la funcionalidad de la batería.
Las estrategias que parecen tener más potencial son las capas ASEI poliméricas y las capas ASEI híbridas inorgánico-orgánicas. Las capas poliméricas tienen suficiente capacidad de ajuste en su diseño, siendo la resistencia y la elasticidad fácilmente ajustables. Las capas poliméricas también tienen grupos funcionales similares a los de los electrolitos, lo que las hace extremadamente compatibles; esta compatibilidad es una de las principales carencias de otros componentes. Las capas híbridas inorgánico-orgánicas son mejores por su reducción del grosor de capa y su notable mejora de la distribución de los componentes dentro de las capas, lo que mejora el rendimiento general de la batería.
El futuro de las capas ASEI es prometedor, pero requiere algunas mejoras. Principalmente, a los investigadores les gustaría ver mejoras en la adhesión de las capas de ASEI a la superficie del metal, lo que en conjunto mejora el funcionamiento y la longevidad de la batería. Otros aspectos que requieren atención son la estabilidad de la estructura y la química de las capas, así como la reducción del grosor de las capas para mejorar la densidad energética de los electrodos metálicos. Una vez resueltas estas cuestiones, el camino hacia una batería de litio metálico mejorada debería estar bien allanado.
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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