El éxito de las baterías de los coches eléctricos depende de los kilómetros que se pueden conducir con una sola carga, pero la cosecha actual de baterías de iones de litio está alcanzando su límite natural de cuánta carga se puede empaquetar en un espacio determinado, mantener a los conductores en una atadura corta. Ahora, investigadores de la Universidad de Maryland (UMD), el Laboratorio de Investigación del Ejército de los Estados Unidos (ARL), y el Laboratorio Nacional Argonne (ANL) han descubierto cómo aumentar la capacidad de una batería recargable mediante el uso de electrodos agresivos y luego estabilizando estos materiales de electrodos potencialmente peligrosos con un electrolito altamente fluorado.

Un artículo revisado por pares basado en la investigación se publicó el 16 de julio en la revista Nanotecnología de la naturaleza .

"Hemos creado un electrolito a base de flúor para permitir un ánodo de metal de litio, que se sabe que es notoriamente inestable, y demostró una batería que dura hasta mil ciclos con alta capacidad, "dijeron los coautores Xiulin Fan y Long Chen, investigadores postdoctorales de la Escuela de Ingeniería A. James Clark de la UMD.

Por tanto, las nuevas baterías pueden cargarse y descargarse muchas veces sin perder la capacidad de proporcionar un flujo de energía fiable y de alta calidad. Incluso después de mil ciclos de carga, los electrolitos mejorados con flúor aseguraron el 93% de la capacidad de la batería, que los autores llaman "sin precedentes". Esto significa que un automóvil que funcione con esta tecnología conduciría de manera confiable la misma cantidad de millas durante muchos años.

“El ciclo de vida que lograron con los materiales de electrodos dados y las ventanas de voltaje de operación suenan 'sin precedentes'. Este trabajo es un gran avance en el campo de la batería en la dirección de aumentar la densidad de energía, aunque podría ser necesario un ajuste adicional para cumplir con varios estándares de comercialización, "dijo Jang Wook Choi, profesor asociado de ingeniería química y biológica en la Universidad Nacional de Seúl en Corea del Sur. Choi no participó en la investigación.

El equipo demostró las baterías en forma de celda de moneda como una batería de reloj para realizar pruebas y está trabajando con socios de la industria para usar los electrolitos para una batería de alto voltaje.

Estos materiales agresivos, como el ánodo de litio-metal y los materiales de níquel y cátodos de alto voltaje, se llaman así porque reaccionan fuertemente con otro material, lo que significa que pueden contener mucha energía, pero también tienden a "comerse" cualquier otro elemento con el que estén asociados, haciéndolos inutilizables.

Chunsheng Wang, profesor en el Departamento de Ingeniería Química y Bioquímica de la Escuela Clark, ha colaborado con Kang Xu en ARL y Khalil Amine en ANL en estos nuevos materiales de electrolitos para baterías. Dado que cada elemento de la tabla periódica tiene una disposición diferente de electrones, Wang estudia cómo cada permutación de la estructura química puede ser una ventaja o una desventaja en una batería. Él y Xu también encabezan un esfuerzo de colaboración entre la industria, la universidad y el gobierno llamado Centro de Investigación en Baterías Extremas. que tiene como objetivo unir a las empresas que necesitan baterías para usos inusuales con los investigadores que pueden inventarlas.

"El objetivo de la investigación era superar la limitación de capacidad que experimentan las baterías de iones de litio. Identificamos que el flúor es el ingrediente clave que garantiza que estas químicas agresivas se comporten de forma reversible para prolongar la vida útil de la batería. Un mérito adicional del flúor es que hace que el electrolitos generalmente combustibles completamente incapaces de prenderse fuego, "dijo Wang.

El equipo capturó un video de varias celdas de batería que se incendiaron en instantes, pero la batería de flúor era impermeable.

La alta población de especies que contienen flúor en las interfases es la clave para que el material funcione, aunque los resultados han variado para diferentes investigadores en el pasado con respecto a la fluoración.

"Puede encontrar evidencias en la literatura que apoyan o desaprueban el flúor como un buen ingrediente en las interfases, "dijo Xu, compañero de laboratorio y líder del equipo de investigación en ARL. "Lo que aprendimos en este trabajo es que, en la mayoría de los casos, no se trata solo de los ingredientes químicos que tiene en la interfase, sino cómo están ordenados y distribuidos ".