Investigadores de la Universidad de Illinois en Chicago y del Laboratorio Nacional Argonne han diseñado una nueva batería de litio-aire que funciona en un entorno de aire natural y sigue funcionando después de un récord de 750 ciclos de carga / descarga. Sus hallazgos se publican en la revista. Naturaleza .

"Nuestro diseño de batería de litio-aire representa una revolución en la comunidad de baterías, "dijo Amin Salehi-Khojin, profesor asistente de ingeniería mecánica e industrial y coautor del artículo. "Esta primera demostración de una verdadera batería de litio-aire es un paso importante hacia lo que llamamos 'más allá de las baterías de iones de litio', pero tenemos más trabajo por hacer para comercializarlo ".

Baterías de litio-aire:se cree que pueden contener hasta cinco veces más energía que las baterías de iones de litio que alimentan nuestros teléfonos. laptops y vehículos eléctricos — han sido tentadoras para los investigadores de baterías durante años. Pero varios obstáculos han plagado su desarrollo.

Las baterías funcionarían combinando el litio presente en el ánodo con el oxígeno del aire para producir peróxido de litio en el cátodo durante la fase de descarga. El peróxido de litio se volvería a descomponer en sus componentes de litio y oxígeno durante la fase de carga.

Desafortunadamente, Los diseños experimentales de tales baterías de litio-aire no han podido operar en un verdadero ambiente de aire natural debido a la oxidación del ánodo de litio y la producción de subproductos indeseables en el cátodo que resultan de la combinación de iones de litio con dióxido de carbono y vapor de agua en el aire. Estos subproductos encierran el cátodo, que eventualmente se vuelve completamente cubierto y no puede funcionar. Estas baterías experimentales se han basado en tanques de oxígeno puro, lo que limita su practicidad y presenta serios riesgos de seguridad debido a la inflamabilidad del oxígeno.

"Algunos otros han intentado construir celdas de batería de litio-aire, pero fallaron debido a un ciclo de vida deficiente, "dijo Larry Curtiss, coautor principal y miembro distinguido de Argonne.

El equipo de investigación de UIC-Argonne superó estos desafíos utilizando una combinación única de ánodo, cátodo y electrolito, los tres componentes principales de cualquier batería, para evitar la oxidación del ánodo y la acumulación de subproductos que destruyen la batería en el cátodo y permitir que la batería funcione en un entorno de aire natural.

Cubrieron el ánodo de litio con una capa delgada de carbonato de litio que permite selectivamente que los iones de litio del ánodo entren en el electrolito mientras evita que los compuestos no deseados lleguen al ánodo.

En una batería de litio-aire, el cátodo es simplemente donde el aire ingresa a la batería. En diseños experimentales de baterías de litio-aire, oxígeno, junto con todos los demás gases que componen el aire, entra en el electrolito a través de una estructura de celosía esponjosa a base de carbono.

Salehi-Khojin y sus colegas recubrieron la estructura reticular con un catalizador de disulfato de molibdeno y usaron un electrolito híbrido único hecho de líquido iónico y dimetilsulfóxido. un componente común de los electrolitos de la batería, que ayudó a facilitar las reacciones de litio-oxígeno, minimice las reacciones del litio con otros elementos en el aire y aumente la eficiencia de la batería.

"La revisión arquitectónica completa que realizamos en esta batería al rediseñar cada parte de ella, nos ayudó a permitir las reacciones que queríamos que ocurrieran y a prevenir o bloquear aquellas que, en última instancia, provocarían que la batería se agotara, "dijo Salehi-Khojin.

El equipo de UIC construyó, probado, analizó y caracterizó las celdas de la batería. El grupo Argonne, junto con colegas de la UIC y la Universidad Estatal de California, llevó a cabo los análisis computacionales.