Recientemente, investigadores de la Universidad de Tsinghua, China ha propuesto un ánodo de metal de litio nanoestructurado a base de grafeno para baterías de metal de litio para inhibir el crecimiento de dendrita y mejorar el rendimiento electroquímico. Informan sus hallazgos en Materiales avanzados , publicado el 16 de marzo, 2016.

"Las baterías de iones de litio de uso generalizado no pueden satisfacer los requisitos cada vez mayores de los sistemas de almacenamiento de energía en los vehículos eléctricos y electrónicos portátiles. Nuevas baterías de ánodo de metal de litio, como baterías Li-S y Li-air, son muy buscados. El metal de litio proporciona una capacidad específica teórica extremadamente alta, que es casi 10 veces más energía que el grafito, "dijo el profesor Qiang Zhang, en el Departamento de Ingeniería Química, Universidad de Tsinghua. "Sin embargo, las aplicaciones prácticas de los metales de litio se ven fuertemente obstaculizadas por el crecimiento de las dendritas de litio en ciclos continuos. Esto induce a preocupaciones de seguridad. Las dendritas de litio pueden provocar cortocircuitos internos que provoquen un incendio. Es más, la formación de dendritas de litio induce una eficiencia cíclica muy baja. "El crecimiento de las dendritas y la interfase de electrolitos sólidos inestables consumen una gran cantidad de litio y electrolitos, y por lo tanto conduce a pérdidas irreversibles de capacidad de la batería. Como consecuencia, Es muy esperado inhibir el crecimiento de las dendritas.

Se han propuesto muchos enfoques para retardar el crecimiento de las dendritas mediante la modificación de electrolitos, capas de interfase de electrolitos sólidos artificiales, construcción de electrodos, y otros. "Notamos que al disminuir considerablemente la densidad de corriente local, El crecimiento de dendrita de litio podría inhibirse de forma eficaz. Basado en este concepto, empleamos grafeno sin apilar con un área de superficie específica ultra alta para construir un ánodo nanoestructurado. Y resultó ser una idea muy eficaz, "dijo Rui Zhang, un doctorado estudiante y el primer autor. "Adicionalmente, hemos empleado el electrolito de sal dual para adquirir una interfase de electrolito sólido más estable y más flexible, que puede proteger el metal de litio de reacciones posteriores con el electrolito ".

Este ánodo a base de grafeno ofreció una gran mejora, incluyendo (1) densidad de corriente local ultrabaja en la superficie del ánodo de grafeno (una diezmilésima parte de la de los ánodos de rutina basados ​​en láminas de Cu) inducida por la gran superficie específica de 1666 m ² gramo ^-1 , que inhibió el crecimiento de las dendritas y trajo una morfología uniforme de la deposición de litio; (2) alta capacidad de ciclo estable de 4.0 mAh mg ^-1 inducida por el alto volumen de poros (1,65 cm ³ gramo ^-1 ) de grafeno sin apilar, más de 10 veces el ánodo de grafito en baterías de iones de litio (0,372 mAh mg ^-1 ); (3) alta conductividad eléctrica (435 S cm ^-1 ), que conduce a una impedancia de interfaz baja, Rendimiento de carga / descarga estable, y altas eficiencias cíclicas.

"Esperamos que nuestra investigación pueda señalar una nueva estrategia para hacer frente al desafío de las dendritas en los ánodos de metal de litio. La densidad de corriente local ultrabaja inducida por ánodos nanoestructurados conductores con un área de superficie específica alta puede ayudar a mejorar la estabilidad y el rendimiento electroquímico de los ánodos de metal de litio. , "dijo Xin-Bing Cheng, coautor del trabajo. Se requiere investigación futura para diseñar estructuras de ánodo preferibles y producir capas de interfase de electrolitos sólidos más protectoras. Los investigadores también piden un estudio adicional del comportamiento de difusión de los iones y electrones de Li en el proceso de depósito y extracción de litio para avanzar en las aplicaciones comerciales de los ánodos de metal de litio.