En los últimos años, los investigadores han intentado desarrollar tecnologías de baterías cada vez más avanzadas que permitan una carga más rápida y un mayor almacenamiento de energía, a la vez que se mantengan seguras y estables a lo largo del tiempo. Las baterías de metal de litio (LMB), que contienen un ánodo de metal de litio, se han revelado como alternativas prometedoras a las baterías de iones de litio (LiB), que actualmente son las baterías recargables más utilizadas.
Una ventaja clave de las LMB es que pueden almacenar mucha más energía que las LiB, lo que podría ser ventajoso para vehículos eléctricos y otros dispositivos electrónicos grandes o avanzados. A pesar de su potencial, estas baterías han demostrado ser menos estables y seguras que las de LiB, además de tener una carga relativamente lenta; limitaciones que hasta ahora han impedido su adopción generalizada.
Un equipo de investigación del Instituto Coreano de Ciencia y Tecnología Avanzada (KAIST) y otros institutos diseñó recientemente nuevos electrolitos basados en sales orgánicas simétricas que podrían ayudar a optimizar el rendimiento de las baterías de litio. Se descubrió que sus nuevos electrolitos, presentados en un artículo publicado en Nature Energy, mejoran la estabilidad y la velocidad de carga de las baterías de litio, previniendo la formación de dendritas (depósitos de litio que reducen el rendimiento de la batería con el tiempo).
“La creación de LMB requiere un electrolito que combine la no inflamabilidad con una alta estabilidad electroquímica”, escribieron Akito Sakai, Yosuke Matsumoto y sus colegas en su artículo. “Si bien las tecnologías actuales de electrolitos han mejorado la ciclabilidad de las LMB, la fabricación racional de electrolitos, capaz de abordar simultáneamente el rendimiento de alta velocidad y la seguridad, sigue siendo un gran desafío. Presentamos un concepto de diseño de electrolitos que permite LMB prácticas, seguras y de ciclo rápido”.
Para crear sus electrolitos, los investigadores añadieron un cristal plástico iónico llamado bis(fluorosulfonil)imida de 1,1-dietilpirrolidinio (Pyr₂ ( 2)FSI) a diferentes electrolitos de batería convencionales. Se descubrió que la sal orgánica simétrica resultante altera las interacciones entre los iones de litio y otras partículas cargadas, permitiéndoles moverse fácilmente dentro de la batería.
“Creamos estructuras de solvatación de anión-Li + en miniatura mediante la introducción de sales orgánicas simétricas en diversos disolventes electrolíticos”, escribieron Sakai, Matsumoto y sus colegas. “Estas estructuras presentan una alta conductividad iónica, una baja barrera de desolvatación y estabilización de la interfaz”.
Los investigadores demostraron que sus electrolitos reducen la barrera de desolvatación. Como resultado, facilitan la llegada de los iones de litio a los electrodos de las baterías, lo que puede influir positivamente en la velocidad de carga y la vida útil de la batería.
Además, los nuevos electrolitos promueven la formación de una capa protectora estable, conocida como interfase electrolítica sólida (ISE), en el ánodo de litio-metal. Esta capa protectora previene reacciones químicas indeseables y la acumulación de litio, que causan la degradación de las baterías con el tiempo.
El equipo probó sus electrolitos en una serie de pruebas, incorporándolos en LMB, y descubrió que mejoraban la estabilidad y la velocidad de ciclo de las baterías. Además, los electrolitos son no inflamables, resistentes al sobrecalentamiento y mucho más seguros que muchos otros electrolitos introducidos en el pasado, lo que podría facilitar su uso práctico en el futuro.
“Nuestro diseño de electrolito permite el ciclado rápido y estable de LMB prácticos con alta estabilidad (celda de LiNi 0,8 Co 0,1 Mn 0,1 O₂ (Li con doble exceso): 400 ciclos) y alta densidad de potencia (celda de bolsa: 639,5 W kg −1)”, escribieron los investigadores. “Además, la celda de bolsa de metal de litio sobrevivió a la penetración del clavo, lo que demuestra su alta seguridad. Nuestro diseño de electrolito ofrece un enfoque viable para LMB seguras y de ciclado rápido”.
Fuente: Tech Xplore.