Hacia baterías de estado sólido de alto rendimiento

Los investigadores desarrollan un electrolito sólido ultrafino

05.01.2023 - Alemania

Fiabilidad operativa, durabilidad y alta densidad energética: En estos aspectos, las baterías de estado sólido son, en principio, superiores a las de iones de litio de electrolito líquido convencionales. Algunos de los problemas que impiden su aplicación industrial generalizada -en el campo de la electromovilidad, por ejemplo- son la escasa compatibilidad de la interfaz entre cátodo y electrolito y la baja conductividad iónica a temperatura ambiente. Un equipo internacional dirigido por la Prof. Dra. Seema Agarwal, de la Universidad de Bayreuth, ha desarrollado una solución: un electrolito sólido muy fino formado por un compuesto de polímero y Cerámica. Los investigadores presentan su importante descubrimiento en la revista "Advanced Energy Materials".

UBT

El Dr. Sivaraj Pazhaniswamy en una instalación para ensayos de baterías en un laboratorio de química macromolecular de Bayreuth.

El electrolito sólido que han desarrollado los investigadores es una combinación de un polímero y nanofibras cerámicas. Este material compuesto se aplica -de forma muy parecida a un recubrimiento- a la superficie porosa del cátodo. De este modo, rellena las diminutas cavidades, formando un electrolito sólido que tiene un contacto estable con el cátodo. Al mismo tiempo, sólo tiene unos siete micrómetros de grosor. En comparación con las baterías de estado sólido anteriores, este nuevo sistema se caracteriza por el hecho de que el electrolito encierra las partículas del cátodo como una cáscara: Esto crea una interfaz significativamente mejorada, que tiene la ventaja añadida de activar los iones del cátodo. Gracias a esta modificación, el nuevo electrolito sólido aumenta la capacidad de almacenamiento de energía de las baterías.

Otra gran ventaja de este electrolito sólido ultrafino que interactúa con el cátodo es que aumenta enormemente la fiabilidad operativa de las baterías. "Las baterías de iones de litio convencionales que utilizan electrolitos líquidos causan repetidamente problemas de seguridad. Siempre existe el riesgo de que el electrolito se derrame y provoque un cortocircuito en la batería. Teléfonos móviles, ordenadores portátiles y vehículos eléctricos ya se han incendiado por este motivo, causando graves accidentes. Un problema adicional es el crecimiento del litio en el ánodo, las llamadas dendritas de interfaz, que perforan el electrolito y pueden provocar un cortocircuito o un incendio. Todos estos riesgos se eliminan o, al menos, se reducen significativamente con nuestro electrolito sólido compuesto ultrafino, que tiene una gran estabilidad térmica", explica la Prof. Dra. Seema Agarwal, catedrática de Química Macromolecular de la Universidad de Bayreuth.

El autor principal del nuevo estudio, el Dr. Sivaraj Pazhaniswamy, señala otra ventaja: "Si se utiliza un electrolito sólido térmicamente estable en lugar de un electrolito líquido inflamable, es posible aprovechar al máximo el litio como material anódico. Comparado con otros materiales utilizados en las baterías convencionales de electrolito líquido, el litio tiene propiedades muy atractivas, como su alta capacidad teórica y su bajo potencial electroquímico. Ahora que nuestro nuevo electrolito sólido ha funcionado tan excelentemente en sus interacciones con el cátodo, queremos trabajar para optimizar los contactos entre electrolito y ánodo con un sistema similar". El físico macromolecular de Bayreuth es miembro del grupo de investigación del profesor Agarwal que investiga sobre baterías de estado sólido en el marco del Centro Bayreuth de Tecnología de Baterías (BayBatt).

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