Investigadores de Corea del Sur utilizaron partículas de litio preimplantadas de LiNO3 para diseñar una batería de litio-metal estable y de larga duración
En la actualidad, la electrónica gobierna gran parte de nuestras vidas. Los dispositivos electrónicos, a su vez, se rigen por sus baterías. Sin embargo, las tradicionales baterías de iones de litio (lithium-ion batteries, LIB), ampliamente utilizadas en los dispositivos electrónicos, están cayendo en el olvido.
Los investigadores están empezando a considerar las baterías de litio-metal (lithium metal batteries, LMB) como una alternativa superior debido a su notable densidad energética, que supera a las baterías de iones de litio en un orden de magnitud. La diferencia clave radica en la elección del material del ánodo: Las LIB utilizan grafito, mientras que las LMB utilizan litio metálico.
No obstante, esta elección conlleva sus propios retos. Entre los más destacados está la formación de estructuras en forma de aguja en la superficie del ánodo de litio durante el ciclo, llamadas “dendritas”, que tienden a perforar la barrera entre el ánodo y el cátodo, provocando un cortocircuito y, por consiguiente, problemas de seguridad.
“La formación de dendritas de litio depende en gran medida de la naturaleza de la superficie de los ánodos de litio. Por tanto, una estrategia crucial para las LMB es construir una interfaz sólido-electrolito (solid-electrolyte interface, SEI) eficiente en la superficie del litio”, explica el profesor Yong Min Lee, del Instituto de Ciencia y Tecnología Daegu Gyeongbuk (Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology, DGIST) de Corea del Sur, especializado en el diseño de baterías.
En consecuencia, los investigadores han explorado diversas estrategias, desde la ingeniería interfacial en 2D hasta la arquitectura de ánodos de litio en 3D. En cada caso, la resolución de un problema no ha hecho más que dar paso a otro.
Sin embargo, un nuevo enfoque basado en electrodos compuestos de polvo de metal de litio (lithium metal powder, LMP) promete destacar. El atractivo de los LMP reside en su forma física, que da lugar a una mayor superficie, y en la facilidad para ajustar el grosor, lo que permite obtener electrodos más anchos y más finos. Pero aún existen problemas en el uso de los LMP, como el fallo morfológico causado por la naturaleza inherente de su superficie irregular.
Ahora, en un nuevo estudio publicado en Advanced Energy Materials, el Dr. Lee, junto con investigadores de Corea del Sur, adoptó un novedoso enfoque en el que preimplantaron LiNO3 al propio LMP durante el proceso de fabricación del electrodo, lo que les permitió fabricar electrodos de ~150 mm de ancho y 20 μm de grosor, que mostraron una eficiencia coulómbica del 96%.
La adición de LiNO3 al LMP logró dos cosas: indujo una interfaz sólido-electrolito uniforme rica en N en la superficie del LMP y condujo a su estabilización sostenida a lo largo de ciclos prolongados a medida que el LiNO3 se liberaba constantemente en el electrolito. De hecho, las LMB con LMP preimplantado de LiNO3 (LN-LMP) demostraron un rendimiento extraordinario en los ciclos, con un 87% de retención de la capacidad a lo largo de 450 ciclos, superando incluso a las células con electrolitos de LiNO3 añadidos.
El profesor Lee está encantado con estos resultados y habla de sus ramificaciones prácticas:
“Esperamos que la introducción de aditivos estabilizados con Li en el electrodo LMP sea un paso adelante hacia la comercialización de baterías de Li-metal, Li-S y Li-aire a gran escala, con una elevada energía específica y una larga vida útil de los ciclos”, afirma Lee.
En cuanto a las baterías, parece que el litio no va a pasar de moda en breve.
Fuente: EurekAlert!
