El litio metálico, un material de ánodo de última generación, ha sido destacado por superar las limitaciones de rendimiento de las baterías comerciales. Sin embargo, los problemas inherentes al litio metálico han provocado una reducción de la vida útil de las baterías y un aumento de los riesgos de incendio. Los investigadores del Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea (KAIST) han logrado un avance de primera clase al extender la vida útil de los ánodos de litio metálico en aproximadamente un 750% utilizando solo agua. Su estudio se publica en la revista Advanced Materials.
El profesor Il-Doo Kim del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales del KAIST, en colaboración con el profesor Jiyoung Lee de la Universidad de Ajou, logró estabilizar con éxito el crecimiento del litio y mejoró significativamente la vida útil de las baterías de litio metálico de próxima generación utilizando nanofibras huecas ecológicas como capas protectoras. Las tecnologías de capa protectora convencionales, que implican la aplicación de un revestimiento superficial sobre el litio metálico para crear una interfaz artificial con el electrolito, se han basado en procesos tóxicos y materiales costosos, con mejoras limitadas en la vida útil de los ánodos de litio metálico.
Para abordar estas limitaciones, el equipo del profesor Kim propuso una capa protectora de nanofibras huecas capaz de controlar el crecimiento de iones de litio a través de medios físicos y químicos. Esta capa protectora se fabricó mediante un proceso de electrohilado respetuoso con el medio ambiente utilizando goma guar extraída de plantas como material principal y utilizando agua como único disolvente.
La capa protectora de nanofibras controló eficazmente las reacciones químicas reversibles entre el electrolito y los iones de litio. Los espacios huecos dentro de las fibras suprimieron la acumulación aleatoria de iones de litio en la superficie del metal, estabilizando la interfaz entre la superficie del metal de litio y el electrolito.
Como resultado, los ánodos de metal de litio con esta capa protectora demostraron un aumento de aproximadamente el 750% en la vida útil en comparación con los ánodos de metal de litio convencionales. La batería retuvo el 93,3% de su capacidad incluso después de 300 ciclos de carga y descarga, logrando un rendimiento de primera clase. Los investigadores también verificaron que esta capa protectora natural se descompone por completo en aproximadamente un mes en el suelo, lo que demuestra su naturaleza ecológica durante todo el proceso de fabricación y eliminación.
El profesor Il-Doo Kim explicó: “Al aprovechar las funciones de protección tanto físicas como químicas, pudimos guiar las reacciones reversibles entre el metal de litio y el electrolito de manera más efectiva y suprimir el crecimiento de las dendritas, lo que dio como resultado ánodos de metal de litio con características de vida útil sin precedentes.
“A medida que la carga ambiental causada por la producción y eliminación de baterías se convierte en un problema acuciante debido a la creciente demanda de baterías, este método de fabricación a base de agua con propiedades biodegradables contribuirá significativamente a la comercialización de baterías ecológicas de próxima generación”.
Fuente: Tech Xplore.
