Investigadores surcoreanos han desarrollado un nuevo tipo de estructura de electrodos para baterías secundarias de estado sólido. Si se adopta esta tecnología, la densidad de energía de las baterías podría aumentar significativamente en comparación con las tecnologías existentes, contribuyendo enormemente al desarrollo de baterías secundarias de alto rendimiento.

Un equipo de investigación conjunto del Instituto de Investigación en Electrónica y Telecomunicaciones (ETRI) y el Instituto de Ciencia y Tecnología de Daegu Gyeongbuk (DGIST) ha diseñado una nueva estructura de electrodos para baterías secundarias de estado sólido después de identificar el mecanismo de difusión fácil de iones de litio entre activos materiales. Han publicado sus resultados en Letras de energía ACS , una revista académica internacional en línea especializada en el sector de la energía dirigida por la American Chemical Society (ACS).

A diferencia de las células primarias, que solo se puede usar una vez, Las baterías secundarias se pueden recargar y utilizar repetidamente. La importancia de la tecnología de baterías secundarias para los robots, coches eléctricos, Los sistemas de almacenamiento de energía (ESS) y los drones están creciendo año tras año.

Las baterías secundarias de estado sólido utilizan un electrolito sólido para transportar iones dentro de los electrodos de la batería. Los electrolitos sólidos son más seguros que los electrolitos líquidos, que puede provocar un incendio. Es más, Los electrolitos sólidos se pueden implementar en una celda secundaria de tipo bipolar para aumentar la densidad de energía mediante una configuración de batería simple.

La estructura del electrodo de una celda secundaria de estado sólido convencional consiste en un electrolito sólido responsable de la conducción iónica, un aditivo conductor que proporciona los medios para la conducción de electrones; material activo responsable de almacenar energía; y un aglutinante que retiene física y químicamente estas partes constituyentes.

Los investigadores de ETRI descubrieron a través de experimentos sistemáticos, sin embargo, que los iones se transportan incluso entre partículas de material activo de grafito. Y propusieron un nuevo tipo de estructura de electrodo para una celda secundaria totalmente de estado sólido que consta solo del material activo y el aglutinante. Los investigadores confirmaron la posibilidad de que incluso sin un aditivo electrolítico sólido dentro de los electrodos, el rendimiento de una celda secundaria totalmente de estado sólido podría ser superior.

La viabilidad teórica de la nueva estructura propuesta por ETRI se verificó en DGIST mediante pruebas electroquímicas de un modelo virtual que se ejecuta en una supercomputadora. Los investigadores de ETRI lograron demostrar esta estructura en un experimento real. El resultado es un electrodo de estado sólido totalmente dependiente de la difusión.

Si se adopta la tecnología de ETRI, el material aditivo de conducción sólida será innecesario en el electrodo; en lugar de, el material más activo se puede exprimir en el mismo volumen. En otras palabras, la cantidad de material activo en el electrodo puede aumentar hasta en un 98% en peso y, como resultado, la densidad de energía se puede hacer 1,5 veces mayor que la del electrodo compuesto de grafito convencional.

La tecnología también ofrece ventajas en los aspectos del proceso de fabricación. Electrolitos sólidos de tipo sulfuro, que tienen alta conductividad iónica y plasticidad moderada, se consideran un candidato excelente para la fabricación de baterías totalmente de estado sólido. Pero debido a su alta reactividad química, los electrolitos sólidos de tipo sulfuro dejan a los desarrolladores de baterías con muy pocas opciones cuando se trata de solventes y aglutinantes. A diferencia de, con el nuevo electrodo ETRI, Los desarrolladores pueden seleccionar libremente el tipo de disolvente y aglutinante que se utilizarán en la batería porque el electrodo no contiene electrolitos sólidos que sean altamente reactivos. Esto también permite a los investigadores buscar nuevos enfoques para mejorar el rendimiento de las células secundarias totalmente de estado sólido.

Dr. Young-Gi Lee, quién estuvo involucrado en esta investigación, dijo, "Hemos revelado por primera vez que los iones se pueden difundir solo con materiales activos. Ya no estamos ligados a la estructura utilizada en las células secundarias de estado sólido existentes. Planeamos desarrollar células secundarias con incluso altas densidades de energía, utilizando esta tecnología. También aseguraremos nuestros derechos sobre la tecnología central y trabajaremos en una versión que pueda comercializarse ".

Aunque ETRI realizó su investigación utilizando material activo de cátodo de grafito, tiene la intención de continuar su investigación basándose en el mismo concepto utilizando varios otros materiales de electrodos. También planea mejorar la tecnología para aumentar la eficiencia. Esto se puede lograr eliminando los problemas de interfase entre los electrodos y reduciendo el volumen de los electrodos.