Un equipo de investigación de la Universidad Estatal de Washington ha desarrollado una forma de abordar un problema de seguridad importante con las baterías de metal de litio, una innovación que podría hacer que las baterías de alta energía sean más viables para el almacenamiento de energía de próxima generación.

Los investigadores utilizaron una fórmula para sus baterías que condujo a la formación de una capa protectora alrededor de su ánodo de litio, protegiendo las baterías de la degradación y permitiéndoles trabajar más tiempo en condiciones típicas. Dirigido por Min-Kyu Song, profesor asistente en la Escuela de Ingeniería Mecánica y de Materiales de WSU, los investigadores informan sobre el trabajo en la revista, Nano energía .

El metal de litio se considera el "material de ensueño" para las baterías, Dijo Song. Eso es porque entre los materiales sólidos conocidos, tiene la densidad de energía más alta, lo que significa que las baterías pueden funcionar el doble de tiempo y contener más energía que las omnipresentes baterías de iones de litio que alimentan la mayoría de los dispositivos electrónicos modernos. Mientras que las baterías de iones de litio funcionan pasando iones de litio entre un ánodo de grafito y un cátodo de óxido de cobalto y litio, el ánodo de una batería de metal de litio está hecho de metal de litio de alta energía.

"Si podemos usar litio metal directamente, podemos mejorar la densidad de energía de las baterías de manera espectacular, "Dijo Song.

Si bien las ventajas del litio metálico se conocen desde hace décadas, los investigadores nunca han podido hacer que funcionen de forma segura. A medida que los electrones viajan entre el ánodo y el cátodo a través del circuito externo para alimentar un dispositivo, Las dendritas parecidas a árboles de Navidad comienzan a formarse en el metal de litio. Las dendritas crecen hasta causar cortocircuitos eléctricos, incendios o explosiones. Incluso si no se incendian las baterías de metal de litio también pierden muy rápidamente su capacidad de carga.

El equipo de investigación de WSU desarrolló una batería en la que empacaron disulfuro de selenio, una sustancia química no tóxica que se utiliza en el champú anticaspa, en una estructura de carbono porosa para su cátodo. Agregaron dos aditivos a los electrolitos líquidos que normalmente se exploran en las baterías de litio de próxima generación.

Los dos aditivos trabajaron sinérgicamente y formaron una capa protectora en la superficie de metal de litio que era densa, conductivo, y lo suficientemente robusto para suprimir el crecimiento de dendritas al tiempo que permite una buena estabilidad cíclica, Dijo Song. Cuando se prueba a las densidades de corriente típicas que la gente usaría para la electrónica, el ánodo de metal de litio protegido pudo recargarse 500 veces y mantuvo una alta eficiencia.

"Una capa protectora tan única provocó pequeños cambios morfológicos del ánodo de litio durante el ciclo y mitigó eficazmente el crecimiento de las dendritas de litio y las reacciones secundarias no deseadas". " él dijo.

Los investigadores creen que su tecnología puede ser escalable y rentable.

"Si se comercializa, esta nueva formulación tiene un potencial real, ", Dijo Song." En comparación con las baterías de estado sólido que aún faltan años, no tiene que cambiar los procedimientos de fabricación, y esto sería aplicable a la industria real mucho antes, abriendo una ruta prometedora hacia el desarrollo de baterías de metal de litio de alta energía con un ciclo de vida prolongado ".

Los investigadores continúan trabajando en la batería, desarrollar un separador que protegerá aún más los materiales de la batería del deterioro y mejorará la seguridad sin comprometer el rendimiento.