Las baterías de iones de sodio de estado sólido son mucho más seguras que las baterías de iones de litio convencionales, que suponen un riesgo de incendio y explosión, pero su desempeño ha sido demasiado débil para compensar las ventajas de seguridad. Los investigadores el viernes informaron sobre el desarrollo de un cátodo orgánico que mejora drásticamente tanto la estabilidad como la densidad de energía.

El rendimiento mejorado, reportado en la revista Joule , está relacionado con dos hallazgos clave:

• La interfaz resistiva entre el electrolito y el cátodo que se forma comúnmente durante el ciclo se puede revertir, extender el ciclo de vida, y
• La flexibilidad del cátodo orgánico le permitió mantener un contacto íntimo en la interfaz con el electrolito sólido, incluso cuando el cátodo se expandió y contrajo durante el ciclo.

Yan Yao, profesor asociado de ingeniería eléctrica e informática en la Universidad de Houston y autor correspondiente del artículo, dijo el cátodo orgánico, conocido como PTO, para pireno-4, 5, 9, 10-tetraona:ofrece ventajas únicas sobre los cátodos inorgánicos anteriores. Pero dijo que los principios subyacentes son igualmente significativos.

"Descubrimos por primera vez que la interfaz resistiva que se forma entre el cátodo y el electrolito se puede revertir, Yao dijo. "Eso puede contribuir a la estabilidad y un ciclo de vida más largo". Yao también es investigador principal en el Centro de Superconductividad de Texas en UH. Su grupo de investigación se centra en materiales orgánicos ecológicos y sostenibles para la generación y almacenamiento de energía.

Yanliang "Leonard" Liang, un profesor asistente de investigación en el Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática de la UH, dijo que la reversibilidad de la interfaz es la clave, permitiendo que la batería de estado sólido alcance una mayor densidad de energía sin sacrificar el ciclo de vida. Normalmente, la capacidad de una batería de estado sólido para almacenar energía se detiene cuando se forma la interfaz entre cátodo resistivo y electrolito; invertir esa resistencia permite que la densidad de energía permanezca alta durante el ciclismo, él dijo.

Las baterías de iones de litio con sus electrolitos líquidos pueden almacenar cantidades relativamente altas de energía y se utilizan comúnmente para alimentar las herramientas de la vida moderna. desde teléfonos celulares hasta audífonos. Pero el riesgo de incendio y explosión ha aumentado el interés en otros tipos de baterías, y una batería de iones de sodio de estado sólido ofrece la promesa de mayor seguridad a un menor costo.

Xiaowei Chi, un investigador postdoctoral en el grupo de Yao, dijo que un desafío clave había sido encontrar un electrolito sólido que fuera tan conductor como los electrolitos líquidos utilizados en las baterías de iones de litio. Ahora que se dispone de electrolitos sólidos suficientemente conductores, un desafío pendiente han sido las interfaces sólidas.

Un problema planteado por un electrolito sólido:el electrolito lucha por mantener un contacto íntimo con un cátodo rígido tradicional, ya que este último se expande y contrae durante el ciclo de la batería. Fang Hao, un doctorado estudiante que trabaja en el grupo de Yao, dijo que el cátodo orgánico es más flexible y, por lo tanto, puede permanecer en contacto con la interfaz, mejorando la vida en bicicleta. Los investigadores dijeron que el contacto se mantuvo estable durante al menos 200 ciclos.

"Si tiene un contacto confiable entre el electrodo y el electrolito, tendrá una gran posibilidad de crear una batería de estado sólido de alto rendimiento, "Dijo Hao.