Un equipo de investigación dirigido por el profesor WU Zhongshuai, del Instituto de Física Química de Dalian (DICP) de la Academia de Ciencias de China, ha desarrollado baterías de metal de litio (LMB) impresas en tres dimensiones con una sólida estabilidad de ciclo y una densidad energética de área ultra alta.
Las LMB adoptan un esqueleto poroso y conductor de Ti3C2Tx MXene para un ánodo de metal de litio estable y sin dendritas, y una red de LiFePO4 (LFP) conductora multidimensional como cátodo ultragrueso.
Las LMB se consideran una clase de sistemas de alta densidad energética más allá de las actuales baterías de iones de litio de última generación. Sin embargo, el incontrolable crecimiento de dendritas y el enorme cambio de volumen de los ánodos de metal de litio han planteado una pobre vida de ciclo.
En este estudio, los investigadores presentaron un enfoque de impresión en 3D para construir LMBs de ultra alto rendimiento. Los LMB se componen de un ánodo de metal de litio sin dendritas con retículas porosas de MXene para regular la distribución local de la corriente, lo que homogeneiza la nucleación del litio, y de un cátodo de marco poroso 3D conductor de LFP para conseguir canales rápidos de transferencia de iones/electrones.
Debido a la abundancia de sitios de nucleación de Li y al gran volumen de poros en las redes de MXene, los andamios de MXene impresos en 3D evitaron el cambio de volumen infinito y la formación dendrítica de los ánodos de Li.
Además, al emparejar las retículas de cátodos de LFP ultra gruesas con las redes de electrones e iones de alta eficiencia, las LMBs impresas en 3D de LFP||MXene@Li proporcionaron una capacidad areal sin precedentes (25,3 mAh/cm2) y una densidad energética (81,6 mWh/cm2) bajo una carga de masa ultra alta de 171 mg/cm2, superando todas las baterías impresas en 3D hasta el momento.
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