Se multiplica por siete la vida útil de las baterías de estado sólido sin ánodo que utilizan láminas delgadas de MoS₂
El empleo de películas delgadas de MoS₂ en lugar de metales nobles caros resuelve los problemas de la deposición no uniforme de litio y la inestabilidad interfacial en las baterías de estado sólido sin ánodo
Investigadores surcoreanos han desarrollado una tecnología que multiplica por siete la vida útil de la próxima generación de baterías de estado sólido sin ánodo (AFASSB) utilizando un material bidimensional rentable.
Un equipo dirigido por los doctores Ki-Seok An y Dong-Bum Seo, del Instituto Coreano de Investigación en Tecnología Química (KRICT), junto con el grupo del profesor Sangbaek Park, de la Universidad Nacional de Chungnam, ha conseguido mejorar la durabilidad de las AFASSB aplicando una capa de sacrificio de disulfuro de molibdeno (MoS₂) cultivada mediante deposición química de vapor metal-orgánico (MOCVD) sobre colectores de corriente de acero inoxidable (SUS).
Las baterías de iones de litio convencionales utilizan electrolitos líquidos y pueden sufrir de crecimiento de dendritas de litio durante la carga, especialmente debido a la deposición desigual de litio en la superficie del ánodo, que puede perforar el separador y causar cortocircuitos o embalamiento térmico. Las baterías de estado sólido (SSB), que sustituyen los electrolitos líquidos inflamables por electrolitos de estado sólido (SE), ofrecen mayor seguridad, mayor densidad energética y un rendimiento estable a bajas temperaturas.
Yendo un paso más allá, las AFASSB eliminan por completo el ánodo durante su fabricación. En su lugar, los iones de litio migran desde el cátodo durante la carga inicial y se depositan en el colector de corriente, formando una capa de litio. Esta estructura maximiza la densidad energética al reducir el volumen de la célula. Sin embargo, las repetidas capas de litio en la interfaz SE-colector de corriente (CC) a menudo provocan inestabilidad interfacial y reducen la vida útil del ciclo. Aunque se han utilizado recubrimientos de metales nobles (por ejemplo, Ag, In) para estabilizar la interfaz, su elevado coste y su complejo procesamiento dificultan su comercialización.
Para superar estas dificultades, los investigadores aplicaron láminas delgadas de MoS₂ de bajo coste a los SUS CCs mediante MOCVD. Durante el ciclado, el MoS₂ experimenta una reacción de conversión con el litio para formar Mo metálico y sulfuro de litio (Li₂S), que actúan como capa interfacial litiofílica. Esta capa intermedia ayuda a suprimir el crecimiento dendrítico del litio y mejora la estabilidad interfacial.
En las pruebas realizadas, las pilas con CC recubiertas de MoS₂ funcionaron de forma estable durante más de 300 horas, mientras que las pilas con SUS desnudo se cortocircuitaron al cabo de unas 95 horas, lo que supone una mejora de 3,2 veces. Las celdas completas con capas de MoS₂ también lograron una capacidad de descarga inicial 1,18 veces mayor (136,1 → 161,1 mAh/g) y una retención de la capacidad siete veces superior (8,3% → 58,9% tras 20 ciclos).
Aunque todavía se encuentra en una fase temprana de desarrollo, el equipo de investigación prevé su aplicación práctica para 2032. Destacaron la importancia de sustituir los metales nobles por MoS₂ de bajo coste en el avance de las AFASSB. El presidente de KRICT, Young-Kuk Lee, declaró: "Se trata de una tecnología básica de próxima generación que podría acelerar la comercialización de baterías totalmente de estado sólido en diversas aplicaciones."
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Publicación original
Dong-Bum Seo, Dohun Kim, Mee-Ree Kim, Jimin Kwon, Hyeong Jun Kook, Saewon Kang, Soonmin Yim, Sun Sook Lee, Dong Ok Shin, Ki-Seok An, Sangbaek Park; "Tailoring Artificial Solid Electrolyte Interphase via MoS2 Sacrificial Thin Film for Li-Free All-Solid-State Batteries"; Nano-Micro Letters, Volume 17, 2025-4-18
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