Las baterías conservaron el 93,3% de su capacidad después de 300 ciclos de carga y descarga, una mejora sin precedentes en este tipo de tecnología.
Un avance revolucionario en la vida útil de las baterías de litio metálico
El litio metálico, considerado un material de ánodo de próxima generación, ha destacado por su potencial para superar las limitaciones de rendimiento de las baterías comerciales actuales. Sin embargo, el uso de este material también ha presentado desafíos importantes, como una vida útil reducida y un mayor riesgo de incendios. En un avance significativo, investigadores del Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea (KAIST) han logrado extender la vida útil de los ánodos de litio metálico en aproximadamente un 750% utilizando únicamente agua.
Este estudio, liderado por el profesor Il-Doo Kim del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de KAIST, en colaboración con la profesora Jiyoung Lee de la Universidad Ajou, ha sido publicado en la revista Advanced Materials. La innovación clave reside en el uso de nanofibras huecas ecológicas como capas protectoras, lo que ha permitido estabilizar el crecimiento del litio y prolongar significativamente la vida útil de las baterías de litio metálico de próxima generación.
Una solución ecológica a un problema complejo
Tradicionalmente, las tecnologías de capas protectoras para ánodos de litio metálico implican la aplicación de un recubrimiento superficial que crea una interfaz artificial con el electrolito. No obstante, estos métodos han dependido de procesos tóxicos y materiales costosos, logrando solo mejoras limitadas en la durabilidad de los ánodos.
El equipo de investigación liderado por el profesor Kim ha superado estas limitaciones mediante el desarrollo de una capa protectora de nanofibras huecas que controla el crecimiento de los iones de litio a través de mecanismos tanto físicos como químicos. Esta capa fue fabricada mediante un proceso de electrohilado ambientalmente amigable, utilizando goma guar extraída de plantas como material principal y agua como único solvente. Este enfoque elimina la necesidad de productos químicos tóxicos y reduce los costos de producción.
Las nanofibras huecas ofrecen una doble función: controlan las reacciones químicas reversibles entre el electrolito y los iones de litio, y su diseño hueco evita la acumulación desordenada de iones de litio en la superficie del metal. Esto estabiliza la interfaz entre la superficie del ánodo y el electrolito, minimizando la formación de dendritas, que son estructuras que pueden causar cortocircuitos y fallos en las baterías.
Rendimiento excepcional y sostenibilidad
Gracias a esta innovadora capa protectora, los ánodos de litio metálico lograron un incremento del 750% en su vida útil en comparación con los ánodos convencionales. En pruebas realizadas, las baterías conservaron el 93,3% de su capacidad después de 300 ciclos de carga y descarga, lo que representa un rendimiento de clase mundial.
Además, el estudio demostró que la capa protectora, al estar compuesta por materiales naturales, se descompone completamente en el suelo en aproximadamente un mes, confirmando su carácter ecológico tanto en su fabricación como en su proceso de eliminación.
Un paso hacia baterías sostenibles
El profesor Kim enfatizó la relevancia de este avance: “Al combinar funciones protectoras físicas y químicas, logramos guiar de manera más efectiva las reacciones reversibles entre el litio metálico y el electrolito, además de suprimir el crecimiento de dendritas. Esto ha resultado en ánodos con características de vida útil sin precedentes”.
En un contexto donde la producción y eliminación de baterías generan un impacto ambiental significativo debido a la creciente demanda global, este método de fabricación basado en agua y con propiedades biodegradables marca un hito para la comercialización de baterías de próxima generación más amigables con el medio ambiente.
Este avance no solo representa un progreso técnico significativo, sino que también refuerza la importancia de integrar la sostenibilidad en el desarrollo de tecnologías críticas, como las baterías, que jugarán un papel central en la transición hacia un futuro más verde y limpio.
Más información: wiley.com
Deja una respuesta