Un equipo de investigadores de la Universidad Shinshu en Nagano, Japón está ahora más cerca de una delgada, Batería de iones de litio de alta capacidad que podría abrir la puerta a mejores sistemas de almacenamiento de energía para vehículos eléctricos. El equipo de investigación fue dirigido por el profesor Katsuya Teshima, director del Centro de Ciencias Energéticas y Ambientales (CEES) de la Universidad Shinshu de Japón. Publicaron sus ideas en línea en agosto en Informes científicos .

"Las baterías de iones de litio son sistemas de almacenamiento de energía muy prometedores para vehículos eléctricos que requieren densidades de energía relativamente altas, "dijo el autor Nobuyuki Zettsu, profesor en el CEES y en el Departamento de Química de Materiales de la Universidad de Shinshu. "Sin embargo, sus altos voltajes de funcionamiento dan como resultado comúnmente la descomposición oxidativa de la superficie del electrodo, que posteriormente promueve varias reacciones secundarias ".

Las baterías de iones de litio almacenan mucha energía, pero la fuerza que se necesita para hacer que la batería disperse la energía es demasiada, tanta, De hecho, que el daño resultante hace que la batería pierda capacidad de almacenamiento.

Para combatir este problema, Zettsu y sus colegas examinaron las propiedades eléctricas y electroquímicas del alto voltaje (> 4,8 V, vs Li + / Li) cátodo, donde los electrones entran en la celda de la batería.

"Muchos investigadores han intentado mitigar el desvanecimiento de la capacidad observada mediante la reducción del área de contacto directo, "Zettsu dijo, apuntando a proyectos de investigación donde los científicos cubrieron la superficie del cátodo con diferentes materiales en un intento por reducir la erosión. "Se han realizado varios estudios fundamentales para investigar los efectos de la modificación del revestimiento de la superficie; sin embargo, ninguno de ellos condujo a una mejora considerable del rendimiento de las celdas de batería basadas en cátodos de alto voltaje ".

Es posible que Zettsu haya cambiado el rumbo de los modificadores de superficie mediante el uso de una monocapa autoensamblada. Su equipo aplicó una capa ultrafina de fluoroalquilisilano a la superficie de los cátodos. Fluoroalquilisilano, un tipo de silicona, se organiza en la disposición más eficiente para conducir iones de litio y aislar electrones sin dejar de tener un solo átomo de espesor.

"Descubrimos ... que recubrir la superficie del material activo con una monocapa autoensamblada ... promovía un transporte eficiente dentro de los electrodos, mientras que también suprime las reacciones secundarias que ocurren en el electrodo y la interfaz del electrolito, ", Dijo Zettsu." Este recubrimiento proporcionó una mejora tanto en la densidad de potencia como en la ciclabilidad en las baterías de iones de litio de alto voltaje ".

Los investigadores vieron que se minimizaba el contacto directo entre el cátodo y el electrolito que entraba en la batería, y que la capacidad de la batería no se degradó incluso después de que se cicló cien veces.

"Los recubrimientos monocapa autoensamblados depositados redujeron la barrera de activación para la transferencia de iones de litio y estabilizaron los iones cerca de la superficie, que afectó positivamente las reacciones electroquímicas que ocurren en la interfaz entre el electrodo y el electrolito, ", Dijo Zettsu." Los recubrimientos de estabilización de superficies representan una tecnología revolucionaria para el desarrollo de materiales de cátodos de alto voltaje sin la limitación del dilema electroquímico de eficiencia versus estabilización ".

Sin embargo, Zettsu dijo:Los efectos completos producidos por el revestimiento de la superficie en el sistema de batería completa deben examinarse con mayor detalle para comprender mejor los posibles efectos secundarios negativos.

"Nuestros resultados pueden proporcionar nuevas direcciones para diseñar baterías de iones de litio basadas en sistemas de alto voltaje con un rendimiento electroquímico superior, "Dijo Zettsu.

Zettsu planea introducir esta tecnología de tratamiento de superficies en el mercado para 2022 en cooperación con los fabricantes de automóviles y células. con el objetivo de crear baterías de alta energía y también respetuosas con el medio ambiente.

"Debido a las regulaciones ambientales del mundo, el impulso hacia los automóviles eléctricos e híbridos avanza a un ritmo constante. El nivel de rendimiento requerido para las baterías de iones de litio es muy alto, "Dijo Zettsu." Actualmente, estamos trabajando en la fabricación de celdas de batería reales para vehículos híbridos enchufables y vehículos eléctricos de batería utilizando el proceso de recubrimiento y experimentos en modos de conducción automáticos ".