Ánodo metálico semilíquido para baterías de última generación

Un nuevo ánodo podría ayudar a crear una batería de litio metálico de alta energía más segura

17.06.2019

Carnegie Mellon University

Los investigadores de Carnegie Mellon han desarrollado una matriz compuesta de polímero/carbono de doble conductor con micropartículas de litio que podría utilizarse como electrodo en baterías de próxima generación.

Investigadores de la Facultad de Ciencias e Ingeniería de la Universidad Carnegie Mellon han desarrollado un ánodo semilíquido a base de litio metálico que representa un nuevo paradigma en el diseño de baterías. Las baterías de litio fabricadas con este nuevo tipo de electrodo podrían tener una mayor capacidad y ser mucho más seguras que las baterías típicas de litio metálico que utilizan lámina de litio como ánodo.

Las baterías de litio son uno de los tipos más comunes de baterías recargables utilizadas en la electrónica moderna debido a su capacidad para almacenar grandes cantidades de energía. Tradicionalmente, estas baterías están hechas de electrolitos líquidos combustibles y dos electrodos, un ánodo y un cátodo, que están separados por una membrana. Después de que una batería se ha cargado y descargado repetidamente, las hebras de litio llamadas dendritas pueden crecer en la superficie del electrodo. Las dendritas pueden perforar la membrana que separa los dos electrodos. Esto permite el contacto entre el ánodo y el cátodo, lo que puede causar un cortocircuito en la batería y, en el peor de los casos, provocar un incendio.

"La incorporación de un ánodo de litio metálico en las baterías de iones de litio tiene el potencial teórico de crear una batería con mucha más capacidad que una batería con ánodo de grafito", dijo Krzysztof Matyjaszewski, profesor de Ciencias Naturales de la Universidad J.C. Warner en el Departamento de Química de Carnegie Mellon. "Pero, lo más importante que tenemos que hacer es asegurarnos de que la batería que creamos es segura."

Una solución propuesta para los electrolitos líquidos volátiles utilizados en las baterías actuales es sustituirlos por electrolitos de cerámica sólida. Estos electrolitos son altamente conductivos, no combustibles y lo suficientemente fuertes como para resistir a las dendritas. Sin embargo, los investigadores han encontrado que el contacto entre el electrolito cerámico y un ánodo de litio sólido es insuficiente para almacenar y suministrar la cantidad de energía necesaria para la mayoría de los componentes electrónicos.

Sipei Li, estudiante de doctorado en el Departamento de Química de Carnegie Mellon, y Han Wang, estudiante de doctorado en el Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de Carnegie Mellon, pudieron superar esta deficiencia creando una nueva clase de material que puede utilizarse como ánodo metálico semilíquido.

Trabajando con Matyjaszewski de Mellon College of Science, un líder en química de polímeros y ciencia de materiales, y Jay Whitacre, profesor fideicomisario de energía en la Facultad de Ingeniería y director del Instituto Wilton E. Scott para la Innovación Energética en Carnegie Mellon, quien es renombrado por su trabajo en el desarrollo de nuevas tecnologías para el almacenamiento y la generación de energía, Li y Wang crearon una matriz compuesta de polímeros/compuestos de carbono de doble conductor que tiene micropartículas de litio distribuidas uniformemente. La matriz permanece fluida a temperatura ambiente, lo que le permite crear un nivel suficiente de contacto con el electrolito sólido. Combinando el ánodo metálico semilíquido con un electrolito de cerámica sólida a base de granate, fueron capaces de hacer circular la célula a una densidad de corriente 10 veces mayor que las células con un electrolito sólido y un ánodo de lámina de litio tradicional. Esta célula también tenía un ciclo de vida mucho más largo que las células tradicionales.

"Esta nueva ruta de procesamiento conduce a un ánodo de batería de litio metálico que es fluido y tiene una seguridad y un rendimiento muy atractivos en comparación con el litio metálico común. La implementación de nuevos materiales como este podría llevar a un cambio radical en las baterías recargables a base de litio, y estamos trabajando duro para ver cómo funciona esto en una serie de arquitecturas de baterías", dijo Whitacre.

Los investigadores creen que su método podría tener impactos de largo alcance. Por ejemplo, podría utilizarse para crear baterías de alta capacidad para vehículos eléctricos y baterías especializadas para su uso en dispositivos portátiles que requieran baterías flexibles. También creen que sus métodos podrían extenderse más allá del litio a otros sistemas de baterías recargables, incluidas las baterías de sodio y de potasio, y que podrían utilizarse en el almacenamiento de energía a escala de red.

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

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