Desde teléfonos inteligentes hasta vehículos eléctricos, muchas de las tecnologías actuales funcionan con baterías de iones de litio. Eso significa que los consumidores deben tener sus cargadores a mano. La batería de un iPhone X solo dura 21 horas de tiempo de conversación, y el modelo S de Tesla tiene un alcance de 335 millas, lo que significa que podría esperar hacerlo desde Newark, Delaware a Providence, Rhode Island, pero no todo el camino a Boston, con una sola carga.

Científicos de todo el mundo, incluido el propio inventor de las baterías de iones de litio, John Goodenough:estamos buscando formas de hacer que las baterías recargables sean más seguras, encendedor, y más poderoso.

Ahora, un equipo internacional de investigadores dirigido por Bingqing Wei, profesor de ingeniería mecánica en la Universidad de Delaware y director del Centro de Pilas y Baterías de Combustible, está realizando un trabajo que podría sentar las bases para un uso más generalizado de baterías de metal de litio que tendrían más capacidad que las baterías de iones de litio que se usan comúnmente en la electrónica de consumo en la actualidad. El equipo desarrolló un método para mitigar la formación de dendrita en baterías de metal de litio, que han descrito en un artículo publicado en Nano letras .

La promesa (y las trampas) de las baterías de metal de litio

En una batería de iones de litio, el ánodo, o lado generador de corriente, está hecho de un material, como el grafito, con iones de litio unidos a él. Los iones de litio fluyen hacia el cátodo, o lado colector de corriente.

En una batería de metal de litio, el ánodo está hecho de metal litio. Los electrones fluyen del ánodo al cátodo para generar electricidad. Las baterías recargables hechas de metal de litio son muy prometedoras porque el litio es el metal más eléctricamente positivo y tiene una capacidad muy alta.

"Teóricamente, El metal de litio es una de las mejores opciones para baterías, pero es difícil de manejar en la práctica, "Dijo Wei.

Las baterías de metal de litio han sido ineficaces, inestable, e incluso un peligro de incendio hasta ahora. Su rendimiento se ve obstaculizado por las dendritas de litio, formaciones que parecen diminutas estalagmitas hechas de depósitos de litio. Mientras se usa una batería, Los iones de litio se acumulan en el ánodo. Tiempo extraordinario, los depósitos de litio se vuelven no uniformes, que conduce a las formaciones de estas dendritas, lo que puede provocar un cortocircuito en la batería.

Un nuevo entendimiento

Grupos de investigación de todo el mundo han probado una variedad de técnicas para suprimir la formación y el crecimiento de estas dendritas. Después de estudiar la literatura, Wei había descubierto que casi todas las técnicas aplicadas podían entenderse bajo un paraguas:la introducción de una capa de material poroso en el sistema podría disuadir a las dendritas de acumularse en el ánodo.

Usando modelos matemáticos, el equipo de investigación descubrió que un material poroso suprimía la iniciación y el crecimiento de las dendritas. Las dendritas que se formaron fueron un 75 por ciento más cortas que las que se formaron en sistemas que carecían de la membrana porosa. Para probar aún más el hallazgo, El equipo fabricó una membrana hecha de diminutos alambres de nitruro de silicio poroso que medían menos de una millonésima de metro cada uno. Luego integraron esta membrana en celdas de metal de litio en una batería y la ejecutaron durante 3, 000 horas. No crecieron dendritas.

"Es posible que esta comprensión fundamental no se limite al nitruro de silicio que usamos, ", Dijo Wei." Otras estructuras porosas también pueden hacer esto ".

Y lo que es más, este principio también puede extenderse a otros sistemas de baterías, como pilas a base de zinc o potasio, él dijo.

"En este campo de las baterías de base metálica, este es un entendimiento actualizado, ", dijo." Este es el tipo de trabajo que podría tener un gran impacto ".