Nuevo hito para las baterías de litio metal

POSTECH, KIER y POSCO N.EX.T HUB desarrollan estructuras porosas para baterías de metal de litio

29.05.2024

Al igual que las señales de tráfico proporcionan indicaciones y distancias para ayudar a los viajeros a no perderse, los "postes indicadores" guían a las personas en situaciones concretas. En el campo de la química, se han descubierto recientemente estructuras que cumplen una función similar y están suscitando un gran interés académico.

El profesor Soojin Park y el doctorando Dong-Yeob Han, del Departamento de Química de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Pohang (POSTECH), en colaboración con el doctor Gyujin Song, del Instituto Coreano de Investigación Energética (KIER), y un equipo de investigadores del POSCO N.EX.T HUB, han desarrollado una estructura polimérica tridimensional. Esta estructura ligera facilita el transporte de iones de litio (Li). Su investigación se ha publicado recientemente en la edición digital de la revista internacional "Advanced Science".

La tecnología de las baterías utilizadas en dispositivos electrónicos como vehículos eléctricos y teléfonos inteligentes sigue evolucionando. En concreto, los ánodos de metal de litio tienen una capacidad energética de 3.860 mAh/g, más de diez veces superior a la de los ánodos de grafito comercializados actualmente. Los ánodos de metal de litio pueden almacenar más energía en un espacio más reducido y, a diferencia del grafito o el silicio, pueden participar directamente en las reacciones electroquímicas como electrodos.

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Sin embargo, durante el proceso de carga y descarga, la distribución desigual de los iones de litio crea zonas conocidas como "Li muerto", que reducen la capacidad y el rendimiento de la batería. Además, cuando el litio crece en una dirección, puede alcanzar el cátodo del lado opuesto, provocando un cortocircuito interno. Aunque las investigaciones recientes se han centrado en optimizar el transporte de litio en estructuras tridimensionales, la mayoría de estas estructuras dependen de metales pesados, lo que compromete significativamente la densidad energética por peso de la batería.

Para resolver este problema, el equipo desarrolló una estructura porosa híbrida utilizando alcohol polivinílico, un polímero ligero con gran afinidad por los iones de litio, combinado con nanotubos de carbono de pared simple y esferas de nanocarbono.

Esta estructura es más de cinco veces más ligera que los colectores de cobre (Cu) utilizados habitualmente en los ánodos de las baterías y tiene una gran afinidad por los iones de litio, lo que facilita su migración a través de los espacios de la estructura porosa tridimensional y permite una electrodeposición uniforme del litio.

En los experimentos, las baterías de ánodo metálico de litio que incorporaban la estructura tridimensional del equipo demostraron una gran estabilidad tras más de 200 ciclos de carga y descarga y alcanzaron una elevada densidad energética de 344 Wh/kg (energía respecto al peso total de la célula). Cabe destacar que estos experimentos se llevaron a cabo con pilas de petaca, representativas de las aplicaciones industriales reales, y no con pilas de botón a escala de laboratorio, lo que pone de manifiesto el gran potencial de comercialización de esta tecnología.

El profesor Soojin Park, de POSTECH, expresó la importancia de la investigación afirmando: "Esta investigación abre nuevas posibilidades para maximizar la densidad energética de las baterías de metal de litio". El Dr. Gyujin Song, del KIER, subrayó: "Esta estructura, que combina propiedades ligeras con una alta densidad energética, representa un gran avance en la futura tecnología de baterías."

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.