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Investigadores del NanoBio Lab (NBL) de A * STAR han diseñado un electrolito semisólido para baterías de litio-azufre que mejora su seguridad sin comprometer su rendimiento. Este avance prometedor allana el camino para que las baterías de litio y azufre se utilicen como soluciones energéticas eficientes en diversas aplicaciones electrónicas y de almacenamiento de energía.
La seguridad es un tema importante que dificulta el uso de baterías de litio por parte de la industria, debido a sus electrolitos orgánicos líquidos altamente inflamables que se escapan fácilmente, y su dependencia de separadores de electrodos térmicamente y mecánicamente inestables. Si bien los electrolitos de estado sólido han mostrado potencial para mejorar el perfil de seguridad de las baterías de litio, su contacto deficiente electrodo / electrolito y su conductividad iónica limitada han provocado importantes cuellos de botella de conductividad y bajo rendimiento.
Prof. Jackie Y. Ying, quién dirige el equipo de investigación de NBL compartió, "Los electrolitos híbridos cuasi-sólidos que comprenden componentes líquidos y sólidos han surgido como un compromiso práctico para obtener baterías más seguras manteniendo un buen rendimiento. Sin embargo, la alta resistencia del componente sólido ha limitado hasta ahora el rendimiento de tales baterías. Para superar esto, hemos rediseñado la microestructura del componente sólido. Nuestra solución elimina las fugas de electrolitos, y es térmica y mecánicamente estable ".
El equipo de investigación de NBL diseñó un electrolito híbrido cuasi-sólido, que comprende una membrana porosa con infusión de líquido hecha de Li 7 La 3 Zr 2 O 12 (LLZO) hojas. El equipo también desarrolló un método novedoso para fabricar las láminas LLZO utilizadas para construir la estructura del electrolito. Llamaron a este proceso de un solo paso para producir un marco de láminas en 3-D el método 'cupcake'.
LLZO fue elegido por su alta conductividad iónica, y buena estabilidad química y electroquímica. La estructura no rígida del electrolito le permite mantener un muy buen contacto con los electrodos y evita que se agriete durante la manipulación y montaje de la batería. Esto da como resultado baterías más seguras con mejor rendimiento. El electrolito semisólido de NBL también es estable en un amplio rango de voltaje, lo que permite su uso con diferentes materiales de electrodos de batería de litio, incluidos cátodos de alto voltaje.
Una batería de litio-azufre fabricada con el novedoso electrolito de NBL mostró una alta capacidad, capacidad de carga / descarga rápida, e interesante control de transporte de polisulfuro que estabilizó el rendimiento de la batería. En pruebas, el nuevo electrolito logró una capacidad de velocidad notable (~ 515 y ~ 340 mAh / ga 1 y 2C, respectivamente) a 1,5 mg / cm 2 densidad de carga. Este es uno de los más altos rendimientos conocidos logrados por las baterías cuasi sólidas híbridas de litio-azufre.
El profesor Ying dijo:"Nuestro marco basado en hojas 3-D resultó ser crucial para un rendimiento óptimo de la batería. Además, nuestro sistema demostró una estabilidad excepcional bajo temperaturas extremas. Estos resultados ilustran el excelente potencial de nuestra estructura basada en láminas como marco para otras baterías de litio semisólidas ".
El equipo de NBL está desarrollando una novedosa tecnología de iones de litio, baterías de estado sólido de litio-azufre y litio hacia la comercialización.
Método de síntesis de "cupcakes" de un solo paso
Los precursores metálicos y la sacarosa se disuelven en agua y se colocan en un horno preprogramado.
Dentro del horno:
