Baterías recargables de metal de litio con mayor densidad de energía, rendimiento, y la seguridad puede ser posible con un nuevo desarrollo, interfase de electrolitos sólidos (SEI), según los investigadores de Penn State.

A medida que aumenta la demanda de baterías de metal de litio de mayor densidad energética, para vehículos eléctricos, teléfonos inteligentes, y drones:la estabilidad del SEI ha sido un problema crítico para detener su avance porque una capa de sal en la superficie del electrodo de litio de la batería lo aísla y conduce iones de litio.

"Esta capa es muy importante y está formada naturalmente por la reacción entre el litio y el electrolito en la batería, "dijo Donghai Wang, profesor de ingeniería mecánica y química. "Pero no se comporta muy bien, lo que causa muchos problemas ".

Uno de los componentes menos comprendidos de las baterías de metal de litio, la degradación del SEI contribuye al desarrollo de dendritas, que son formaciones en forma de aguja que crecen a partir del electrodo de litio de la batería y afectan negativamente el rendimiento y la seguridad. Los investigadores publicaron su enfoque de este problema hoy (11 de marzo) en Materiales de la naturaleza .

"Esta es la razón por la que las baterías de metal de litio no duran más:la interfase crece y no es estable, "Dijo Wang." En este proyecto, utilizamos un compuesto de polímero para crear un SEI mucho mejor ".

Dirigido por el estudiante de doctorado en química Yue Gao, el SEI mejorado es un compuesto de polímero reactivo que consiste en sal de litio polimérica, nanopartículas de fluoruro de litio, y láminas de óxido de grafeno. La novedosa construcción de este componente de batería tiene capas delgadas de estos materiales, que es donde Thomas E. Mallouk, Profesor de Química de la Universidad Evan Pugh, prestó su experiencia.

"Se necesita mucho control a nivel molecular para lograr una interfaz de litio estable, "Dijo Mallouk." El polímero que Yue y Donghai diseñaron reacciona para formar una unión en forma de garra a la superficie del metal de litio. Le da a la superficie de litio lo que quiere de forma pasiva para que no reaccione con las moléculas del electrolito. Las nanohojas del material compuesto actúan como una barrera mecánica para evitar que se formen dendritas a partir del metal litio ".

Usando tanto diseño de química como de ingeniería, la colaboración entre campos permitió a la tecnología controlar la superficie del litio a escala atómica.

"Cuando diseñamos baterías, no pensamos necesariamente como químicos, todo el camino hasta el nivel molecular, pero eso es lo que teníamos que hacer aquí, "dijo Mallouk.

El polímero reactivo también disminuye el peso y el costo de fabricación, mejorando aún más el futuro de las baterías de metal de litio.

"Con un SEI más estable, es posible duplicar la densidad de energía de las baterías actuales, al mismo tiempo que los hace durar más y ser más seguros, "Dijo Wang.