Un nuevo método de cribado acelera el diseño de baterías de estado sólido estables y de alto rendimiento
La plataforma de selección asistida por ordenador busca entre miles de materiales potenciales en el menor tiempo posible
En un esfuerzo de colaboración, investigadores de la Universidad de Bayreuth y la Universidad de Ciencia y Tecnología de Hong Kong han identificado un material clave que mejora significativamente el rendimiento y la vida útil de las baterías de litio-metal de estado sólido. Este descubrimiento ha sido posible gracias a un nuevo método de cribado de alto rendimiento basado en una base de datos, lo que representa un enfoque novedoso y revolucionario para el diseño de baterías. Los resultados se publican en la prestigiosa revista Nature Communications.
Las baterías de iones de litio convencionales utilizan electrolitos líquidos, pero las de estado sólido los sustituyen por materiales sólidos, lo que ofrece importantes ventajas en cuanto a seguridad y densidad energética. Sin embargo, este electrolito sólido suele reaccionar de forma indeseable con el electrodo de litio-metal de la batería en su interfaz. Estas reacciones químicas impiden el flujo de iones, reducen la eficiencia y hacen que la batería se degrade prematuramente.
Investigadores dirigidos por el Dr. Francesco Ciucci, catedrático de Diseño de Electrodos para Sistemas Electroquímicos de Energía de la Universidad de Bayreuth, en colaboración con la Universidad de Ciencia y Tecnología de Hong Kong, abordaron este reto buscando un material protector "intercalado" que se situara entre el electrodo y el electrolito y evitara las reacciones perjudiciales. Desarrollaron una potente plataforma de cribado de alto rendimiento basada en bases de datos que evaluó rápidamente miles de posibles candidatos en función de criterios clave como la estabilidad termodinámica, la compatibilidad con el litio y el electrolito, la reactividad autolimitada y la alta conductividad de los iones de litio.
De los más de 20.000 compuestos estudiados, el oxicloruro de litio resultó ser la capa intermedia óptima para la química de baterías investigada. Las células que incorporaban esta capa conservaban el 76% de su capacidad inicial tras 1.000 ciclos de carga y descarga, mientras que las células no modificadas sólo conservaban el 5%. Las pilas modificadas funcionaron de forma fiable durante más de 1.600 ciclos, incluso a altas velocidades.
"Nuestro estudio presenta un nuevo enfoque para desarrollar baterías de estado sólido mejoradas", afirma Ciucci. "Más allá del nuevo uso específico de este material antiperovskita rico en Li, el valor de nuestro trabajo reside en el marco de cribado de alto rendimiento basado en bases de datos que hemos desarrollado para el diseño de capas intermedias. Proporciona un modelo versátil para futuras innovaciones y permite la rápida identificación de materiales óptimos para una amplia gama de químicas y diseños de baterías."
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