Cuando su batería está completamente cargada, un dispositivo electrónico normalmente indicará que está al 100% de su capacidad. Sin embargo, este valor solo representa del 70 al 90% de la densidad de energía teórica que se puede almacenar en las baterías, debido a la pérdida permanente de iones de Li que se produce durante la carga inicial en la etapa de estabilización (formación) de la producción de la batería. Al evitar esta pérdida inicial de iones Li, el kilometraje de los vehículos eléctricos (EV) y el tiempo de uso de los teléfonos inteligentes pueden aumentar drásticamente.

En un esfuerzo por superar este problema, un equipo de investigación conjunto en el Instituto de Ciencia y Tecnología de Corea (KIST), dirigido por el Dr. Minah Lee del Centro de Investigación de Almacenamiento de Energía, Dr. Jihyun Hong del Centro de Investigación de Materiales Energéticos, y el Dr. Hyangsoo Jeong del Centro de Investigación de Pilas de Combustible de Hidrógeno, ha desarrollado una solución de pretratamiento de electrodos capaz de minimizar esta pérdida inicial de iones de Li en óxido de grafito-silicio (SiO _X , 0,5 ≤ x ≤ 1,5) ánodos compuestos. Después de sumergirlo en la solución, el ánodo, que estaba compuesto por un 50% de SiO _X , demostró una pérdida insignificante de Li, permitiendo que una celda completa exhiba una densidad de energía casi ideal.

Si bien la mayoría de las baterías de litio comerciales tienen un ánodo de grafito, SiO _X ha atraído una atención significativa como material de próxima generación para ánodos debido a su alta capacidad, que es de cinco a 10 veces mayor que el grafito. Todavía, SiO _X también consume irreversiblemente tres veces más Li activo que el grafito. Como resultado, un electrodo compuesto, que consiste en una mezcla de grafito y SiO _X , ahora está ganando reconocimiento como una alternativa para los ánodos prácticos de próxima generación. Sin embargo, mientras que hubo un aumento correspondiente en la capacidad de grafito-SiO _X electrodos compuestos en proporciones más altas de SiO _X , También hubo un aumento en la pérdida de Li inicial. Como consecuencia, la proporción de SiO _X contenido en un grafito-SiO _X El electrodo compuesto se limitó al 15%, ya que aumentar la relación al 50% daría como resultado una pérdida inicial de Li del 40%.

Para lograr simultáneamente alta capacidad y alta eficiencia inicial, Los científicos propusieron varios métodos de prelitiación que implican el dopaje previo de Li adicional en el ánodo. El equipo de investigación del Dr. Minah Lee en KIST desarrolló un proceso en el que el electrodo se sumerge en una solución única para mitigar el consumo de Li por el SiO _X electrodo. Luego, el equipo aplicó este proceso a un grafito-SiO _X material compuesto con importante potencial de comercialización.

El equipo de investigación descubrió que las soluciones de pretratamiento desarrolladas anteriormente causarían la inserción involuntaria de moléculas de solvente con iones de Li en el grafito. debido a la versátil capacidad de intercalación del grafito. Esta intercalación de grandes moléculas de solvente resultó en la ruptura estructural del grafito-SiO _X electrodo compuesto. Para evitar fallas en los electrodos, los investigadores desarrollaron una nueva solución utilizando un solvente de solvatación débil para reducir la interacción entre el solvente y los iones de Li. Esta solución permitió la inserción selectiva de iones de Li en los materiales activos, asegurando un suministro estable de Li adicional al grafito-SiO _X electrodo compuesto.

El consumo inicial de Li se evitó por completo después de la aplicación de grafito-SiO _X El electrodo se sumergió en la solución desarrollada por el equipo de investigación durante aproximadamente 1 minuto, incluso al 50% de SiO _X proporción. Como consecuencia, el electrodo mostró una alta eficiencia inicial de casi el 100%, lo que indica una pérdida de Li insignificante (≤ 1%) en la carga inicial. Los electrodos desarrollados a través de este proceso tenían una capacidad 2,6 veces mayor que los ánodos de grafito convencionales, manteniendo al mismo tiempo el 87,3% de la capacidad inicial después de 250 ciclos de carga / descarga.

El Dr. Minah Lee de KIST dijo:"Como resultado de este estudio, deberíamos poder aumentar el SiO _X contenido en grafito-SiO _X ánodos compuestos a más del 50%, a diferencia de la proporción del 15% permitida por los materiales convencionales, haciendo posible producir baterías de iones de litio con una mayor capacidad y mejorar el kilometraje de los futuros vehículos eléctricos ". Dr. Jihyun Hong, un co-investigador en KIST, También dijo, "La tecnología es segura y adecuada para la producción en masa, y por lo tanto es probable que se comercialice ".