Baterías recargables de litio metálico, ahora más seguras y duraderas, triplican la capacidad de los sistemas actuales

Rendimiento mejorado gracias a una nueva interfaz polimérica entre el ánodo y el electrolito. También se reducen los costes de producción.

Un grupo de investigadores de Penn State consiguieron duplicar la densidad energética de las baterías de litio metálico haciéndolas más estables.

¿Pueden las baterías de litio metálico convertirse en la primera opción para alimentar vehículos eléctricos, teléfonos inteligentes y ordenadores portátiles?

Para la Universidad de Penn State en los Estados Unidos, la respuesta es sí. Allí, un grupo de ingenieros químicos encontró la manera de hacer que estos dispositivos sean confiables, eficientes y capaces de competir con las alternativas comerciales.

Las baterías de litio metálico son esencialmente baterías primarias, es decir, desechables. A pesar de su alta densidad de carga y sus excelentes voltajes, esta tecnología tiene dificultades para recargarse. El principal problema está precisamente en el elemento que los distingue: el ánodo de litio metálico. El material tiene una capacidad aproximadamente 10 veces mayor que el grafito pero, durante los ciclos de carga y descarga, la interfase electrolítica sólida (que normalmente se forma entre el electrolito y los electrodos) tiende a promover la producción de dendritas en la superficie del litio, estas pequeñas formaciones en forma de aguja pueden perforar el separador de la batería causando cortocircuitos.

Por eso las baterías de litio metálico no duran mucho: la interfase crece y no es estable. En este proyecto, utilizamos un compuesto de polímero para crear una mejor interfaz.
Donghai Wang, profesor de ingeniería mecánica y química.

La nueva y mejorada “interfaz electrolítica sólida – SEI” es un compuesto polimérico reactivo compuesto de sal polimérica de litio, nanopartículas de fluoruro de litio y láminas de óxido de grafeno. Esta receta hace que la interfaz sea estable al evitar el desarrollo de agujas de superficie pequeña.

El polímero diseñado reacciona para crear una unión en forma de garra a la superficie del metal de litio, proporcionándole lo que quiere pasivamente, de modo que no reacciona con las moléculas del electrolito y constituye una especie de barrera mecánica a la formación dendrítica. No sólo eso. Con un SEI más estable, se puede duplicar la densidad de energía de las baterías actuales, haciéndolas durar más y ser más seguras. Además, el nuevo polímero reactivo también reduce el peso y el coste de producción, mejorando aún más el rendimiento de las baterías de litio metálico.
Donghai Wang.

El estudio fue publicado en Nature Materials.

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