Un nuevo recubrimiento polimérico podría impulsar las baterías de los vehículos eléctricos

Los científicos mejoran el rendimiento de las baterías de iones de litio a nivel atómico

10.03.2023 - Estados Unidos

Científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) han desarrollado un recubrimiento de polímero conductor -denominado HOS-PFM- que podría permitir baterías de iones de litio más duraderas y potentes para vehículos eléctricos.

Gao Liu/Berkeley Lab

Los investigadores del Berkeley Lab demostraron que el recubrimiento HOS-PFM evita de forma significativa que los electrodos de aluminio se degraden durante los ciclos de la batería, al tiempo que proporciona una alta capacidad de la batería durante 300 ciclos. Desde la izquierda: Imágenes de microscopio electrónico de barrido del aluminio en un dispositivo bicapa de cobre antes del ciclado de la batería (Figura A) y después (Figura B). La figura C muestra un dispositivo tricapa de cobre con recubrimiento HOS-PFM después del ciclado de la batería.

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Gao Liu/Berkeley Lab
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"Este avance abre una nueva vía para desarrollar baterías de vehículos eléctricos más asequibles y fáciles de fabricar", afirma Gao Liu, científico del Área de Tecnologías Energéticas del Laboratorio de Berkeley.

El revestimiento HOS-PFM conduce electrones e iones al mismo tiempo. Esto garantiza la estabilidad de la batería y unas altas velocidades de carga y descarga, al tiempo que aumenta su vida útil. El recubrimiento también resulta prometedor como adhesivo de baterías que podría prolongar la vida útil de una batería de iones de litio de una media de 10 años a unos 15 años, añadió Liu.

Para demostrar las excelentes propiedades conductoras y adhesivas de HOS-PFM, Liu y su equipo recubrieron electrodos de aluminio y silicio con HOS-PFM y probaron su rendimiento en una batería de iones de litio.

El silicio y el aluminio son materiales de electrodos prometedores para las baterías de iones de litio por su capacidad de almacenamiento de energía potencialmente alta y sus perfiles ligeros. Pero estos materiales baratos y abundantes se desgastan rápidamente tras múltiples ciclos de carga y descarga.

Durante los experimentos realizados en la Fuente de Luz Avanzada y la Fundición Molecular, los investigadores demostraron que el recubrimiento HOS-PFM evita de forma significativa que los electrodos de silicio y aluminio se degraden durante los ciclos de la batería, al tiempo que proporciona una alta capacidad de la batería durante 300 ciclos, una tasa de rendimiento que está a la par con los electrodos de última generación actuales.

Los resultados son impresionantes, según Liu, porque las pilas de iones de litio basadas en silicio suelen durar un número limitado de ciclos de carga y descarga y de vida útil. Los investigadores describieron recientemente estos hallazgos en la revista Nature Energy.

El recubrimiento HOS-PFM podría permitir el uso de electrodos que contengan hasta un 80% de silicio. Según Liu, un contenido tan elevado de silicio podría aumentar la densidad energética de las baterías de iones de litio en al menos un 30%. Y como el silicio es más barato que el grafito, el material estándar para los electrodos hoy en día, unas baterías más baratas podrían aumentar significativamente la disponibilidad de vehículos eléctricos básicos, añadió.

El equipo tiene previsto colaborar con empresas para ampliar el HOS-PFM y fabricarlo en serie.

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