31.08.2022 - Rice University

El cepillado de películas finas en los electrodos preserva las baterías

Un poco de cepillado puede ser el secreto para fabricar mejores baterías de litio recargables

El laboratorio del químico James Tour, de la Universidad de Rice, ha introducido una técnica que permite afinar la superficie de los ánodos de las baterías con un simple cepillado de polvos. El polvo se adhiere al ánodo y se convierte en una fina capa litificada que impide eficazmente la formación de dendritas perjudiciales.

Un polvo de fósforo y azufre molido en la superficie de una lámina metálica de litio demostró que su energía superficial puede ajustarse sin necesidad de disolventes tóxicos. Los ánodos modificados de este modo y combinados con cátodos de óxido de litio-hierro-fosfato en celdas de prueba demostraron que conservaban un 70% más de capacidad tras 340 ciclos de carga-descarga que las baterías disponibles en el mercado.

El estudio aparece en Advanced Materials.

"Esto simplificaría la fabricación de baterías de alta capacidad, al tiempo que las mejoraría en gran medida", afirma Tour. "Lijar estos sólidos en polvo en un ánodo de metal de litio reduce drásticamente la formación de dendritas que pueden provocar un cortocircuito en la batería, así como el consumo acelerado de los materiales".

El autor principal y estudiante de posgrado de Rice, Weiyin Chen, y sus colegas de laboratorio aplicaron la grasa de codo necesaria para probar una variedad de candidatos de polvo en sus electrodos. Primero cepillaron la superficie para darle textura, y luego introdujeron el polvo para crear la fina película que reacciona con el metal de litio y forma una sólida capa de pasivación.

Chen y el coautor Rodrigo Salvatierra, antiguo investigador postdoctoral y ahora visitante académico en el laboratorio de Tour, construyeron baterías de prueba y determinaron que los ánodos tratados conservaban una polarización ultrabaja -otra característica perjudicial para las baterías de iones de litio- durante más de 4.000 horas, unas ocho veces más que los ánodos de litio desnudos.

Tour dijo que los polvos ajustan eficazmente la energía de la superficie de los electrodos, logrando un comportamiento más uniforme en todo el material.

"Esto proporciona una superficie de compuesto metálico que evita la pérdida de metal de litio del ánodo, un problema común en las baterías de metal de litio", dijo Tour. "Las baterías de litio-metal superan con creces la capacidad de las baterías tradicionales de iones de litio, pero el litio-metal suele ser difícil de recargar repetidamente".

"El polvo en la superficie del metal de litio produce una capa de pasivación artificial que mejora la estabilidad a lo largo de los ciclos de carga y descarga", dijo Chen. "Utilizando este método de cepillado, la superficie del metal se estabiliza para que pueda recargarse con seguridad".

Para demostrar que la técnica puede tener una aplicación más amplia, el laboratorio también molió polvo en un electrodo de sodio y descubrió que el proceso estabilizaba en gran medida su sobrepotencial de tensión.

El estudio coincide con el reciente descubrimiento de Tour y del ingeniero mecánico de Rice C. Fred Higgs III de que el lijado de ciertos polvos en las superficies puede hacerlas superhidrofóbicas, es decir, muy resistentes al agua.

Los coautores del artículo son los ex alumnos de Rice John Li y Duy Luong; los estudiantes de posgrado Jacob Beckham, Nghi La y Jianan Xu, y el visitante académico Victor Li. Tour es titular de la Cátedra T.T. y W.F. Chao de Química, así como profesor de informática y de ciencia de los materiales y nanoingeniería en Rice.

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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