Los investigadores han desarrollado una nueva forma de mejorar la eficiencia de las baterías de iones de litio. A través del crecimiento de una capa de cristal cúbico, los científicos han creado una delgada, capa de conexión densa entre los electrodos de la batería. El profesor Nobuyuki Zettsu y el profesor Katsuya Teshima dirigieron la investigación. Los autores publicaron sus resultados en Informes científicos .

"Debido a algunas características intrínsecas de los electrolitos líquidos, como el número de transporte de litio bajo, reacción compleja en la interfaz sólido / líquido, e inestabilidad térmica, no ha sido posible alcanzar simultáneamente alta energía y potencia en ninguno de los dispositivos electroquímicos actuales, "dijo Nobuyuki Zettsu, como primer autor del artículo.

Las baterías de iones de litio son recargables y alimentan dispositivos como teléfonos móviles, laptops, Herramientas eléctricas, e incluso almacenar energía para la red eléctrica. Son particularmente sensibles a los cambios de temperatura, y se sabe que han provocado incendios o incluso explosiones. En respuesta a los problemas con los electrolitos líquidos, los científicos están trabajando para desarrollar una mejor batería de estado sólido sin líquido.

"A pesar de las ventajas esperadas de las baterías totalmente de estado sólido, su característica de potencia y densidades de energía deben mejorarse para permitir su aplicación en tecnologías tales como vehículos eléctricos de largo alcance, ", Dijo Zettsu." Las capacidades de baja velocidad y las bajas densidades de energía de las baterías totalmente de estado sólido se deben en parte a la falta de tecnologías adecuadas de formación de interfaces heterogéneas sólido-sólido que exhiban una alta conductividad icónica comparable a los sistemas de electrolitos líquidos ".

Zettsu y su equipo cultivaron cristales de electrolitos sólidos de óxido de tipo granate en LiOH fundido utilizado como disolvente (fundente) sobre un sustrato que unía el electrodo en un estado sólido a medida que crecían. Un compuesto de cristal específico que se sabe que crece cúbicamente permitió a los investigadores controlar el grosor y el área de conexión dentro de la capa. que actúa como separador cerámico.

"Las observaciones de microscopía electrónica revelaron que la superficie está densamente cubierta con cristales poliédricos bien definidos. Cada cristal está conectado a los vecinos, "escribió Zettsu.

Zettsu también dijo que la capa de cristal recién crecida podría ser el separador de cerámica ideal al apilar la capa de electrolito sobre la capa de electrodo.

"Creemos que nuestro enfoque, que tiene robustez contra las reacciones secundarias en la interfaz, posiblemente podría conducir a la producción de separadores cerámicos ideales con una interfaz delgada y densa, "escribió Zettsu, señalando que las cerámicas utilizadas en este experimento en particular eran demasiado gruesas para ser utilizadas en baterías sólidas. "Sin embargo, siempre que la capa de electrodo se pueda hacer tan delgada como 100 micrones, la capa de apilamiento funcionará como una batería sólida ".

Cien micrones es aproximadamente el ancho de un cabello humano, y un poco menos del doble del grosor de una capa de electrodo estándar en las baterías de iones de litio contemporáneas. "Las baterías totalmente de estado sólido son candidatos prometedores para dispositivos de almacenamiento de energía, "Zettsu dijo, señalando que ya se están llevando a cabo varias colaboraciones entre investigadores y empresas privadas con el objetivo final de mostrar muestras de baterías totalmente de estado sólido en los Juegos Olímpicos de 2020 en Tokio.

Zettsu y otros investigadores planean fabricar prototipos de células para uso de vehículos eléctricos y dispositivos portátiles para 2022.