Un gran avance en los ánodos ultrafinos de metal de litio abre la era de las baterías más duraderas
La comercialización de las baterías de litio metálico, cada vez más cerca
Un equipo de investigación dirigido por el profesor Yu Jong-sung, del Departamento de Ciencias de la Energía e Ingeniería del DGIST (Presidente Kunwoo Lee), ha desarrollado una tecnología que mejora drásticamente la estabilidad de ánodos metálicos ultrafinos con un grosor de sólo 20μm. El equipo propuso un nuevo método que utiliza aditivos electrolíticos para resolver los problemas de vida útil y seguridad que han obstaculizado la comercialización de las baterías de metal de litio.
Los ánodos de metal de litio (3.860 mAh g-¹) tienen más de 10 veces la capacidad de los ánodos de grafito ampliamente utilizados (372 mAh g-¹) y presentan un bajo potencial de reducción estándar, lo que los convierte en candidatos prometedores para materiales anódicos de próxima generación. Sin embargo, durante los ciclos de carga y descarga, el litio tiende a crecer en formas dendríticas, provocando cortocircuitos y escapes térmicos, lo que plantea problemas de vida útil y seguridad. Además, debido a la expansión de volumen, la interfase electrolítica sólida (SEI) se degrada y reforma repetidamente, lo que provoca un rápido agotamiento del electrolito.
El uso de metal de litio ultrafino con un grosor inferior a 50μm es esencial, especialmente para la comercialización de baterías de metal de litio. Sin embargo, estos problemas se agravan a medida que se reduce el espesor. En consecuencia, tanto el mundo académico como la industria se han centrado en la ingeniería SEI para mejorar la estabilidad de los ánodos de metal de litio, entre los cuales las estrategias de formación SEI utilizando aditivos electrolíticos han surgido como un enfoque simple pero eficaz.
Estudios anteriores han demostrado que el fluoruro de litio (LiF) contribuye a mejorar la estabilidad de los ánodos metálicos de litio (Li) debido a su elevada resistencia mecánica. Más recientemente, también se ha informado de que la plata (Ag) favorece la deposición uniforme de litio mediante una reacción de aleación con el Li. Sin embargo, ninguna investigación ha explorado aún un único aditivo capaz de formar simultáneamente Ag y LiF.
Con este fin, el equipo del profesor Yu introdujo el trifluorometanosulfonato de plata (AgCF₃SO₃, o AgTFMS) como aditivo electrolítico para abordar la formación de dendritas y la escasa duración de los ciclos. Mediante diversos análisis de superficie, el equipo confirmó que el uso de un electrolito con AgTFMS conduce a la formación simultánea de Ag y LiF en la superficie del metal de litio. Basándose en esto, mejoraron con éxito la estabilidad de los ánodos ultrafinos (20μm) de metal de litio y verificaron experimentalmente que la formación de dendritas podía suprimirse eficazmente y que la vida útil de la batería podía prolongarse más de siete veces en comparación con el sistema convencional. Simultáneamente, el equipo del profesor Kang Jun-hee, de la Universidad Nacional de Pusan, empleó la química computacional para analizar la energía de interacción entre el Li y la Ag, dilucidando así el mecanismo subyacente para mejorar la estabilidad.
El profesor Yu Jong-sung, del DGIST, declaró: "Este estudio se centra en superar las limitaciones del metal de litio ultrafino y mejorar significativamente la estabilidad de las baterías de metal de litio. Al formar una SEI de alto rendimiento mediante un método sencillo, hemos desarrollado una tecnología que mejora tanto la vida útil como la eficiencia de las baterías de litio. Esperamos que este avance acelere la comercialización de las baterías de litio metal como sistemas sostenibles de almacenamiento de energía en diversas aplicaciones, como vehículos eléctricos, vehículos aéreos no tripulados y barcos."
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Publicación original
Jong Hun Sung, Un Hwan Lee, Jiwon Lee, Bo Yu, Muhammad Irfansyah Maulana, Seung‐Tae Hong, Hyun Deog Yoo, Joonhee Kang, Jong‐Sung Yu; "Dynamic Cycling of Ultrathin Li Metal Anode via Electrode–Electrolyte Interphase Comprising Lithiophilic Ag and Abundant LiF under Carbonate‐Based Electrolyte"; Advanced Energy Materials, 2025-3-12
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