Las baterías sin ánodos duplican la autonomía de conducción de vehículos eléctricos mediante una novedosa tecnología de electrolitos

Universidad de Ciencia y Tecnología de Pohang (POSTECH), Pohang, Corea

Ilustración esquemática y celda de bolsa de electrolito reversible diseñado por host con su rendimiento de ciclo. (Imagen:Los investigadores)

Un equipo de investigación conjunto dirigido por el profesor Soojin Park y el Dr. Dong-Yeob Han del Departamento de Química de POSTECH, junto con el profesor Nam-Soon Choi y el Dr. Saehun Kim de KAIST, y el profesor Tae Kyung Lee y el investigador Junsu Son de la Universidad Nacional de Gyeongsang, han logrado con éxito una densidad de energía volumétrica de 1270 Wh/L en una batería de metal de litio sin ánodo. Este valor es casi el doble que el de las baterías de iones de litio que se utilizan actualmente en los vehículos eléctricos, que normalmente producen alrededor de 650 Wh/L. El logro fue publicado en Advanced Materials.

Una batería de metal de litio sin ánodo elimina por completo el ánodo convencional. En cambio, los iones de litio almacenados en el cátodo se mueven durante la carga y se depositan directamente en un colector de corriente de cobre. Al eliminar componentes innecesarios, se puede dedicar más espacio interno al almacenamiento de energía, de forma muy parecida a colocar más combustible en un tanque del mismo tamaño. Sin embargo, este diseño presenta serios desafíos. Si el litio se deposita de manera desigual, se pueden formar estructuras afiladas en forma de agujas conocidas como dendritas, lo que aumenta el riesgo de cortocircuitos y posibles riesgos para la seguridad. La carga y descarga repetidas también pueden dañar la superficie del litio, acortando rápidamente la vida útil de la batería.

Para abordar estos problemas, el equipo de investigación adoptó una estrategia dual, combinando un huésped reversible (RH) y un electrolito diseñado (DEL). El huésped reversible consiste en una estructura de polímero incrustada con nanopartículas de plata (Ag) distribuidas uniformemente, que guían al litio para que se deposite en lugares designados en lugar de hacerlo al azar. En términos simples, actúa como un estacionamiento exclusivo para el litio, lo que garantiza una deposición ordenada y uniforme.

El electrolito diseñado mejora aún más la estabilidad al formar una capa protectora delgada pero robusta compuesta de Li₂O y Li₃N en la superficie del litio. Esta capa funciona como un vendaje sobre la piel, evitando el crecimiento dañino de dendritas y manteniendo vías abiertas para el transporte de iones de litio.

Cuando se combinó, el sistema RH-DEL proporcionó un rendimiento excepcional. Bajo capacidad de área alta (4,6 mAh cm -2 ) y densidad de corriente (2,3 mA cm -2 ), la batería retuvo el 81,9 por ciento de su capacidad inicial después de 100 ciclos y alcanzó una eficiencia Coulombic promedio del 99,6 por ciento. Estos resultados permitieron al equipo alcanzar la densidad de energía volumétrica récord de 1270 Wh/L en baterías de metal de litio sin ánodos.

Es importante destacar que este rendimiento se validó no solo en pequeñas celdas de laboratorio sino también en baterías tipo bolsa, que se acercan más a las aplicaciones de vehículos eléctricos del mundo real. Incluso con una cantidad mínima de electrolito (E/C =2,5 g Ah -1 ) y bajo baja presión de chimenea (20 kPa), las baterías funcionaron de manera estable. Esto demuestra un gran potencial para reducir el peso y el volumen de la batería y al mismo tiempo reducir las cargas de fabricación, mejorando significativamente la viabilidad comercial.

El profesor Soojin Park comentó:"Este trabajo representa un avance significativo al abordar simultáneamente los problemas de eficiencia y vida útil de las baterías de metal de litio sin ánodos". El profesor Tae Kyung Lee añadió:"Nuestro estudio demuestra que el diseño de electrolitos basado en disolventes disponibles comercialmente puede lograr una alta movilidad de iones de litio y estabilidad interfacial".

Para obtener más información, comuníquese con Nam-Soon Choi en Esta dirección de correo electrónico está protegida contra spambots. Necesita activar JavaScript para verlo..