Investigadores de la Universidad Metropolitana de Tokio han desarrollado un nuevo método para fabricar láminas de electrolitos flexibles a base de cerámica para baterías de metal de litio. Combinaron una cerámica tipo granate, un aglutinante polimérico y un líquido iónico, produciendo un electrolito laminar de estado casi sólido. La síntesis se realiza a temperatura ambiente, requiriendo significativamente menos energía que la existente de alta temperatura (> 1000 ° C) procesos. Funciona en una amplia gama de temperaturas, lo que lo convierte en un electrolito prometedor para baterías, por ejemplo, en vehículos eléctricos.

Los combustibles fósiles representan la mayor parte de las necesidades energéticas del mundo, incluida la electricidad. Pero los combustibles fósiles se están acabando y quemarlos también conduce a la emisión directa de dióxido de carbono y otros contaminantes como los óxidos de nitrógeno tóxicos a la atmósfera. Existe una demanda mundial de cambiar a fuentes de energía renovables más limpias. Pero las principales fuentes de energía renovable, como la eólica y la solar, a menudo son intermitentes:el viento no sopla todo el tiempo y el sol no brilla por la noche. Por lo tanto, se requieren sistemas avanzados de almacenamiento de energía para utilizar renovables, fuentes intermitentes de forma más eficaz. Las baterías de iones de litio han tenido un profundo impacto en la sociedad moderna, alimentando una amplia gama de dispositivos electrónicos portátiles y electrodomésticos, como aspiradoras inalámbricas, desde su comercialización por Sony en 1991. Pero el uso de estas baterías en vehículos eléctricos (EV) aún requiere una mejora sustancial en la capacidad y seguridad de la tecnología Li de última generación. -Tecnología de iones.

Esto ha llevado a un renacimiento del interés por la investigación en las baterías de metal de litio:los ánodos de metal de litio tienen una capacidad teórica mucho mayor que los ánodos de grafito de uso comercial en la actualidad. Todavía existen obstáculos tecnológicos asociados con los ánodos de metal de litio. En baterías de base líquida, por ejemplo, Las dendritas (o brazos) de litio pueden crecer, lo que podría provocar un cortocircuito en la batería e incluso provocar incendios y explosiones. Ahí es donde han entrado los electrolitos inorgánicos de estado sólido:son significativamente más seguros, y una cerámica tipo granate (tipo de estructura) Li ₇ La ₃ Zr ₂ O ₁₂ , mejor conocido como LLZO, ahora es ampliamente considerado como un material electrolítico de estado sólido prometedor por su alta conductividad iónica y compatibilidad con el metal Li. Sin embargo, la producción de electrolitos LLZO de alta densidad requiere temperaturas de sinterización muy altas, tan alto como 1200 ° C. Esto es a la vez ineficiente desde el punto de vista energético y requiere mucho tiempo, dificultando la producción a gran escala de electrolitos LLZO. Además, el contacto físico deficiente entre los electrolitos LLZO frágiles y los materiales de los electrodos generalmente da como resultado una alta resistencia interfacial, limitando en gran medida su aplicación en baterías de metal de litio de estado sólido.

Por lo tanto, un equipo dirigido por el profesor Kiyoshi Kanamura de la Universidad Metropolitana de Tokio se propuso desarrollar un electrolito de lámina LLZO compuesto flexible que se puede fabricar a temperatura ambiente. Lanzaron una suspensión de cerámica LLZO sobre un sustrato de polímero delgado, como untar mantequilla sobre una tostada. Después de secar en un horno de vacío, el electrolito de lámina de 75 micrones de espesor se empapó en un líquido iónico (IL) para mejorar su conductividad iónica. Las IL son sales líquidas a temperatura ambiente, conocido por ser altamente conductivo mientras que es casi no inflamable y no volátil. Dentro de las sábanas el IL llenó con éxito los huecos microscópicos en la estructura y unió las partículas LLZO, formando una vía eficiente para los iones de litio. También redujeron eficazmente la resistencia interfacial en el cátodo. En una investigación adicional, encontraron que los iones de litio se difundían a través de las partículas de IL y LLZO en la estructura, destacando el papel desempeñado por ambos. La síntesis es sencilla y apta para la producción industrial:todo el proceso se realiza a temperatura ambiente sin necesidad de sinterización a alta temperatura.

Aunque siguen existiendo desafíos, el equipo dice que la robustez mecánica y la operatividad de la lámina compuesta flexible en un amplio rango de temperaturas la convierten en un electrolito prometedor para baterías de metal de litio. La simplicidad de este nuevo método de síntesis puede significar que veremos baterías de metal de litio de alta capacidad en el mercado antes de lo que pensamos.