Yuan Yang, profesor asistente de ciencia e ingeniería de materiales en Columbia Engineering, ha desarrollado un nuevo método que podría conducir a baterías de litio más seguras, tener una mayor duración de la batería, y son flexibles, proporcionando nuevas posibilidades como teléfonos inteligentes flexibles. Su nueva técnica utiliza plantillas de hielo para controlar la estructura del electrolito sólido de las baterías de litio que se utilizan en la electrónica portátil. vehículos eléctricos, y almacenamiento de energía a nivel de la red. El estudio se publica en línea el 24 de abril en Nano letras .

El electrolito líquido se utiliza actualmente en baterías comerciales de litio, y, como todos saben ahora, es altamente inflamable, causando problemas de seguridad con algunas computadoras portátiles y otros dispositivos electrónicos. El equipo de Yang exploró la idea de usar electrolito sólido como sustituto del electrolito líquido para fabricar baterías de litio de estado sólido. Estaban interesados ​​en usar plantillas de hielo para fabricar estructuras alineadas verticalmente de electrolitos sólidos cerámicos, que proporcionan vías rápidas de iones de litio y son altamente conductoras. Enfriaron la solución acuosa con partículas cerámicas del fondo y luego dejaron crecer el hielo y alejaron y concentraron las partículas cerámicas. Luego aplicaron un vacío para hacer la transición del hielo sólido a un gas, dejando una estructura alineada verticalmente. Finalmente, combinaron esta estructura cerámica con polímero para proporcionar soporte mecánico y flexibilidad al electrolito.

"En dispositivos electrónicos portátiles, así como vehículos eléctricos, Las baterías de litio de estado sólido flexibles no solo resuelven los problemas de seguridad, pero también pueden aumentar la densidad de energía de la batería para su transporte y almacenamiento. Y muestran una gran promesa en la creación de dispositivos flexibles, "dice Yang, cuyo grupo de investigación se centra en el almacenamiento y conversión de energía electroquímica y la gestión de la energía térmica.

Los investigadores de estudios anteriores utilizaron partículas cerámicas dispersas al azar en electrolitos poliméricos o electrolitos cerámicos similares a fibras que no están alineados verticalmente. "Pensamos que si combinábamos la estructura alineada verticalmente del electrolito cerámico con el electrolito polimérico, podríamos proporcionar una autopista rápida para los iones de litio y así mejorar la conductividad, "dice Haowei Zhai, Estudiante de doctorado de Yang y autor principal del artículo. "Creemos que esta es la primera vez que alguien ha utilizado el método de plantillas de hielo para producir electrolitos sólidos flexibles, que no es inflamable ni tóxico, en baterías de litio. Esto abre un nuevo enfoque para optimizar la conducción de iones para baterías recargables de próxima generación ".

Además, los investigadores dicen, esta técnica podría, en principio, mejorar la densidad de energía de las baterías:al utilizar el electrolito sólido, el electrodo negativo de la batería de litio, actualmente una capa de grafito, podría ser reemplazado por litio metálico, y esto podría mejorar la energía específica de la batería entre un 60% y un 70%. Yang y Zhai planean trabajar a continuación para optimizar las cualidades del electrolito combinado y ensamblar el electrolito sólido flexible junto con electrodos de batería para construir un prototipo de batería de litio completa.

"Esta es una idea inteligente, "dice Hailiang Wang, profesor asistente de química en la Universidad de Yale. "La estructura diseñada racionalmente realmente ayuda a mejorar el rendimiento del electrolito compuesto. Creo que este es un enfoque prometedor".