Novedoso proceso de fabricación de baterías de litio-metal de alto rendimiento
Hacia una cadena de valor de las pilas sostenible y competitiva en Europa
El consorcio SOLiDIFY de Horizonte 2020, formado por 14 socios europeos, ha desarrollado una batería de estado sólido de litio-metal de alto rendimiento. La batería prototipo, fabricada en un laboratorio de baterías de última generación en EnergyVille (Bélgica), presenta un electrolito procesado "líquido a sólido" único, desarrollado conjuntamente por imec, Empa y SOLVIONIC. La batería presenta una impresionante densidad energética de 1070 Wh/L, muy por encima de los 800 Wh/L de las actuales baterías de iones de litio. El proceso de fabricación, rentable y adaptable a las líneas de producción de baterías de iones de litio existentes, allana el camino hacia baterías de metal-litio de estado sólido comercialmente viables para la electromovilidad.
El impulso para reducir las emisiones deCO2 y luchar contra el cambio climático ha provocado un aumento de la adopción de vehículos eléctricos (VE). Sin embargo, la búsqueda de una mayor autonomía y tiempos de carga más rápidos pone de manifiesto la necesidad permanente de baterías de alto rendimiento. Al mismo tiempo, es crucial garantizar que estas baterías sean rentables, ya que actualmente suponen casi la mitad del precio de un VE. Por tanto, los materiales utilizados en estas baterías desempeñan un papel clave a la hora de determinar tanto su rendimiento como su asequibilidad.
Aparecen las baterías de estado sólido. Estas baterías utilizan un electrolito sólido a través del cual fluyen los iones durante la carga y la descarga, en lugar del electrolito líquido utilizado en las baterías de iones de litio convencionales. Esto ofrece ventajas potenciales como una mayor densidad energética y una menor susceptibilidad a los incendios. A nivel material, la mayor densidad energética de la pila se debe a la introducción de un ánodo fino de litio-metal junto con un separador de electrolito sólido suficientemente fino. Sin embargo, el desarrollo de una arquitectura rentable para su producción en masa ha seguido siendo difícil.
Ahora, dentro del proyecto SOLiDIFY, el consorcio ha creado un prototipo de batería de litio-metal en estado sólido de alto rendimiento. La pila de bolsa, fabricada en el laboratorio de baterías de última generación de EnergyVille en Genk/Bélgica, alcanzó una alta densidad energética de 1070 Wh/L, frente a los 800 Wh/L de las tecnologías actuales de baterías de iones de litio. La alta densidad energética se consiguió combinando un cátodo grueso de alta densidad energética (NMC, que contiene níquel, manganeso y cobalto) separado de un ánodo fino de metal de litio por un separador fino de electrolito sólido. Y lo que es más importante, con un proceso de fabricación manejable a temperatura ambiente, adaptable a las actuales líneas de producción de baterías de iones de litio y con un coste previsto inferior a 150 euros por kWh, este proceso es prometedor para una transferencia industrial asequible.
Este logro se consiguió gracias a una cuidadosa evaluación y optimización de nuevos materiales y revestimientos avanzados, proporcionados por los socios. Para el electrolito del prototipo se utilizó un material nanocompuesto sólido polimerizado a base de líquido iónico, lo que permitió un enfoque único de solidificación "de líquido a sólido" para el que Empa ha presentado una solicitud de patente. Este método permitió crear un separador fino de 20 μm, utilizar un cátodo grueso de 100 μm y obtener una pila compacta. Además, el consorcio superó los retos de resistencia mecánica e impregnación del cátodo para aumentar la velocidad de carga de la célula a 3 horas y la vida útil a 100 ciclos. En comparación con otros electrolitos de estado sólido, la célula térmicamente estable presentaba una inflamabilidad reducida, lo que mejoraba la seguridad. La aplicación de revestimientos protectores nanométricos permitió utilizar cátodos de NMC sin cobalto, lo que redujo el impacto ambiental y aumentó la capacidad.
Los próximos pasos incluyen la ampliación de esta tecnología de baterías de alto rendimiento.
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.
Publicación original
Chengyin Fu, Gerrit Homann, Rabeb Grissa, Daniel Rentsch, Wengao Zhao, Tom Gouveia, Anaïs Falgayrat, Rongying Lin, Sébastien Fantini, Corsin Battaglia; "A Polymerized‐Ionic‐Liquid‐Based Polymer Electrolyte with High Oxidative Stability for 4 and 5 V Class Solid‐State Lithium Metal Batteries"; Advanced Energy Materials, Volume 12, 2022-4-22
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