Se ha restaurado la esperanza para la batería recargable de metal de litio, una potencia de batería potencial relegada durante décadas al laboratorio por su corta esperanza de vida y su ocasional desaparición ardiente, mientras que su hermano recargable, la batería de iones de litio, ahora recauda más de $ 30 mil millones al año.

Un nuevo recubrimiento podría hacer que las baterías ligeras de metal de litio sean seguras y duraderas. una bendición para el desarrollo de vehículos eléctricos de próxima generación. (Crédito de la imagen:Shutterstock)

Un equipo de investigadores de la Universidad de Stanford y SLAC National Accelerator Laboratory ha inventado un recubrimiento que supera algunos de los defectos de la batería, descrito en un artículo publicado el 26 de agosto en Joule .

En pruebas de laboratorio, el revestimiento prolongó significativamente la vida útil de la batería. También se ocupó del problema de la combustión al limitar en gran medida las diminutas estructuras en forma de aguja, o dendritas, que perforan el separador entre los lados positivo y negativo de la batería. Además de arruinar la batería, las dendritas pueden crear un cortocircuito dentro del líquido inflamable de la batería. Las baterías de iones de litio ocasionalmente tienen el mismo problema, pero las dendritas no han sido un motor de arranque para las baterías recargables de metal de litio hasta la fecha.

"Nos dirigimos al santo grial de las baterías de metal de litio, "dijo Zhenan Bao, un profesor de ingeniería química, quien es el autor principal del artículo junto con Yi Cui, profesor de ciencia e ingeniería de materiales y de ciencia de fotones en SLAC. Bao agregó que las dendritas habían impedido que las baterías de metal de litio se usaran en lo que podría ser la próxima generación de vehículos eléctricos.

La promesa

Las baterías de metal de litio pueden contener al menos un tercio más de energía por libra que las baterías de iones de litio y son significativamente más livianas porque usan litio liviano para el extremo con carga positiva en lugar de grafito más pesado. Si fueran más fiables, estas baterías podrían beneficiar a los dispositivos electrónicos portátiles, desde computadoras portátiles hasta teléfonos celulares, pero la verdadera suciedad de pago, Cui dijo, sería para coches. El mayor obstáculo para los vehículos eléctricos es que sus baterías gastan alrededor de una cuarta parte de su energía transportándose. Eso llega al corazón del alcance y el costo de los vehículos eléctricos.

"La capacidad de las baterías de iones de litio convencionales se ha desarrollado casi al máximo, "dijo el estudiante de doctorado de Stanford, David Mackanic, coautor principal del estudio. "Entonces, es crucial desarrollar nuevos tipos de baterías para cumplir con los exigentes requisitos de densidad de energía de los dispositivos electrónicos modernos ".

El equipo de Stanford y SLAC probó su revestimiento en el extremo cargado positivamente, llamado ánodo, de una batería estándar de metal de litio. que es donde se forman típicamente las dendritas. Por último, combinaron sus ánodos especialmente revestidos con otros componentes disponibles comercialmente para crear una batería completamente operativa. Después de 160 ciclos, sus celdas de metal de litio aún entregaban el 85 por ciento de la energía que tenían en su primer ciclo. Las celdas regulares de metal de litio entregan alrededor del 30 por ciento después de tantos ciclos, haciéndolos casi inútiles incluso si no explotan.

El nuevo recubrimiento evita que se formen dendritas al crear una red de moléculas que entregan iones de litio cargados al electrodo de manera uniforme. Evita las reacciones químicas no deseadas típicas de estas baterías y también reduce la acumulación de sustancias químicas en el ánodo. lo que rápidamente devasta la capacidad de la batería para entregar energía.

"Nuestro nuevo diseño de revestimiento hace que las baterías de metal de litio sean estables y prometedoras para un mayor desarrollo, "dijo el otro coautor principal, Stanford Ph.D. estudiante Zhiao Yu.

El grupo ahora está refinando su diseño de recubrimiento para aumentar la retención de capacidad y las celdas de prueba durante más ciclos.

"Si bien el uso en vehículos eléctricos puede ser el objetivo final, "dijo Cui, "La comercialización probablemente comenzaría con la electrónica de consumo para demostrar primero la seguridad de la batería".