Científicos de la Universidad de Tohoku y la Organización de Investigación de Aceleradores de Alta Energía han desarrollado un nuevo conductor superiónico de hidruro de litio complejo que podría dar como resultado baterías totalmente de estado sólido con la densidad de energía más alta hasta la fecha. Los investigadores dicen que el nuevo material, logrado mediante el diseño de estructuras de grupos de hidrógeno (aniones complejos), muestra una estabilidad notablemente alta frente al metal litio, lo que lo convertiría en el material de ánodo definitivo para baterías totalmente de estado sólido.

Las baterías de estado sólido que incorporan un ánodo de metal de litio tienen el potencial de abordar los problemas de densidad de energía de las baterías de iones de litio convencionales. Pero hasta ahora su uso en celdas prácticas se ha visto limitado por la alta resistencia a la transferencia de iones de litio, causado principalmente por la inestabilidad del electrolito sólido frente al metal litio. Este nuevo electrolito sólido que exhibe una alta conductividad iónica y una alta estabilidad frente al metal de litio representa, por lo tanto, un avance real para las baterías de estado sólido que utilizan un ánodo de metal de litio.

"Esperamos que este desarrollo no solo inspire esfuerzos futuros para encontrar conductores superiónicos de litio basados ​​en hidruros complejos," pero también abren una nueva tendencia en el campo de los materiales de electrolitos sólidos que pueden conducir al desarrollo de dispositivos electroquímicos de alta densidad de energía, "dijo Sangryun Kim del grupo de investigación de Shin-ichi Orimo en la Universidad de Tohoku.

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Las baterías totalmente de estado sólido son candidatos prometedores para resolver los inconvenientes intrínsecos de las baterías de iones de litio actuales. como fugas de electrolitos, inflamabilidad y densidad de energía limitada. Se cree ampliamente que el metal de litio es el mejor material de ánodo para baterías de estado sólido porque tiene la capacidad teórica más alta (3860 mAh g ^-1 ) y el potencial más bajo (-3,04 V frente a un electrodo de hidrógeno estándar) entre los materiales de ánodo conocidos.

Los electrolitos sólidos conductores de iones de litio son un componente clave de las baterías totalmente de estado sólido porque la conductividad iónica y la estabilidad del electrolito sólido determinan el rendimiento de la batería. El problema es que la mayoría de los electrolitos sólidos existentes tienen inestabilidad química / electroquímica y / o un contacto físico deficiente con el metal de litio. causando inevitablemente reacciones secundarias no deseadas en la interfaz. Estas reacciones secundarias dan como resultado un aumento de la resistencia interfacial, degradando en gran medida el rendimiento de la batería durante ciclos repetidos.

Según lo revelado por estudios previos, que propuso estrategias como la aleación del metal litio y la modificación de la interfaz, este proceso de degradación es muy difícil de abordar porque su origen es la alta reactividad termodinámica del ánodo de metal litio con el electrolito. Los principales desafíos para el uso del ánodo de metal de litio son la alta estabilidad y la alta conductividad de iones de litio del electrolito sólido.

"Los hidruros complejos han recibido mucha atención al abordar los problemas asociados con el ánodo de metal de litio debido a su excelente estabilidad química y electroquímica contra el ánodo de metal de litio, ", dijo Kim." Pero debido a su baja conductividad iónica, El uso de hidruros complejos con el ánodo de metal de litio nunca se ha intentado en baterías prácticas. Así que estábamos muy motivados para ver si el desarrollo de hidruros complejos que exhiben conductividad superiónica de litio a temperatura ambiente puede permitir el uso de un ánodo de metal de litio. Y funcionó."