Ingenieros de la Universidad de San Diego informan de los avances logrados en la fabricación de baterías de litio metálico que se cargan rápidamente, hasta en una hora. Esta carga rápida es posible gracias a los cristales de litio metálico que pueden sembrarse y crecer, rápida y uniformemente, en una superficie sorprendente.
El truco consiste en utilizar una superficie de crecimiento de cristales a la que el litio oficialmente no «le guste». A partir de estos cristales semilla crecen densas capas de metal de litio uniforme. Las capas uniformes de litio metálico son de gran interés para los investigadores de baterías porque carecen de los picos que degradan el rendimiento de las baterías, denominados dendritas. La formación de estas dendritas en los ánodos de las baterías es desde hace tiempo un obstáculo para la carga rápida de las baterías de litio-metal de alta densidad energética.
Este nuevo método, dirigido por ingenieros de la Universidad de California en San Diego, permite cargar las baterías de litio-metal en aproximadamente una hora, una velocidad que compite con la de las baterías de iones de litio actuales. Los ingenieros de la UC San Diego, en colaboración con investigadores de imagen de la UC Irvine.
Para cultivar cristales de metal de litio, los investigadores sustituyeron las omnipresentes superficies de cobre del lado negativo (el ánodo) de las baterías de metal de litio por una superficie de nanocompuesto litiofóbico hecha de fluoruro de litio (LiF) y hierro (Fe). Usando esta superficie litofóbica para la deposición de litio, se formaron semillas de cristales de litio, a partir de las cuales crecieron densas capas de litio, incluso a altas velocidades de carga. El resultado fueron baterías de litio-metal de larga duración que pueden cargarse rápidamente.
La superficie nanocompuesta especial es el descubrimiento. Desafiamos la noción tradicional de qué tipo de superficie se necesita para cultivar cristales de litio. La idea predominante es que el litio crece mejor en superficies que le gustan, superficies que son litiofílicas. En este trabajo demostramos que no siempre es así. Al sustrato que utilizamos no le gusta el litio. Sin embargo, proporciona abundantes lugares de nucleación junto con un rápido movimiento superficial del litio. Estos dos factores conducen al crecimiento de estos bellos cristales. Es un buen ejemplo de cómo una idea científica resuelve un problema técnico.
Ping Liu, profesor de nanoingeniería de la Universidad de California en San Diego y autor principal del nuevo artículo.
El nuevo avance dirigido por ingenieros de la UC San Diego podría eliminar un importante obstáculo que frena el uso generalizado de baterías de litio-metal de alta densidad energética para aplicaciones como los vehículos eléctricos y la electrónica portátil. Aunque las baterías de litio-metal tienen un gran potencial para los vehículos eléctricos y la electrónica portátil por su alta densidad de carga, las baterías de litio-metal actuales deben cargarse muy lentamente para mantener su rendimiento y evitar problemas de seguridad.
La carga lenta es necesaria para minimizar la formación de dendritas de litio, que arruinan el rendimiento de la batería y se forman cuando los iones de litio se unen a los electrones para formar cristales de litio en el ánodo de la batería. Los cristales de litio se acumulan cuando la batería se carga y se disuelven cuando se descarga.
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