En los últimos años, la demanda de tecnologías de baterías avanzadas ha aumentado, impulsada por la industria electrónica en constante crecimiento. Para satisfacer esta demanda, ingenieros y químicos se han dedicado a desarrollar baterías más eficientes y confiables. Una tecnología prometedora que ha surgido es la batería de estado sólido (BASS). Las BASS son celdas de batería equipadas con un electrolito sólido posicionado entre dos electrodos. Entre los diversos tipos de BASS, las baterías de litio-metal de estado sólido (ABLM) han mostrado un gran potencial debido a su alta densidad de energía y su seguridad mejorada en comparación con las baterías de iones de litio convencionales (BILs). Sin embargo, a pesar de sus ventajas, las ABLM aún no se han adoptado ampliamente. Un obstáculo importante radica en el crecimiento de dendritas de litio y la subsiguiente alta resistencia de interfaz, que afecta significativamente su rendimiento.
La Universidad de Maryland ha introducido recientemente un revolucionario principio de diseño con el objetivo de desarrollar ABLM más seguras y con mayor energía. La investigación, publicada en Nature Energy, propone un nuevo enfoque para abordar el problema del crecimiento de dendritas de litio. A diferencia de intentos anteriores que se basaron en experimentos de prueba y error con intercapas individuales, este estudio se centra en establecer un principio de diseño de interfaz que pueda guiar la fabricación de una serie de intercapas. Al hacerlo, los investigadores apuntan a resolver completamente el problema de las dendritas de litio en las baterías de estado sólido. El objetivo principal de este trabajo es identificar una estrategia que mitigue eficazmente el crecimiento de dendritas de litio en ABLM.
El equipo propone la introducción de una capa especial entre el ánodo de litio y el electrolito sólido en las celdas de la batería. Sin embargo, las características de esta intercapa juegan un papel crucial en la consecución del éxito. Basándose en su investigación, los investigadores resaltan que la intercapa debe poseer propiedades específicas. Debe ser litiofóbica (repelida por el metal de litio), altamente conductora iónica, ligeramente conductora electrónica y porosa. Estos principios de diseño son esenciales para garantizar la estabilidad de la batería y suprimir eficazmente el crecimiento de dendritas de litio.
Para probar la efectividad del principio de diseño, los investigadores crearon una celda de batería Li4SiO4@LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2/Li6PS5Cl/20 µm-Li con una capacidad de área de 2.2 mAh cm-2. Las pruebas iniciales mostraron resultados prometedores, ya que estas celdas de batería mantuvieron el 82.4% de su capacidad incluso después de 350 ciclos de operación a 60° C y una tasa de 0.5 C. Este éxito es notable, ya que estudios anteriores carecían de una explicación clara del mecanismo subyacente y un diseño que pudiera aplicarse de manera universal. El principio de diseño propuesto abre nuevas oportunidades para desarrollar baterías seguras y con alto rendimiento.
El principio de diseño introducido por los investigadores de la Universidad de Maryland tiene un enorme potencial para una amplia gama de BASS. Al suprimir la formación de dendritas de litio, se puede mejorar significativamente el rendimiento de la batería. Este avance podría allanar el camino para el desarrollo de tecnologías de baterías seguras y altamente eficientes equipadas con electrolitos sólidos, capaces de alimentar vehículos eléctricos y otros dispositivos electrónicos grandes. Siguiendo este exitoso estudio, el siguiente paso para los investigadores es modificar y verificar aún más el principio de diseño mediante pruebas de más interfaces y optimización de los materiales basándose en los principios establecidos.
La búsqueda de tecnologías de baterías avanzadas ha llevado a la aparición de baterías de estado sólido (BASS). Sin embargo, el crecimiento de dendritas de litio y la subsiguiente alta resistencia de interfaz han impedido la adopción generalizada de ABLM. La investigación reciente de la Universidad de Maryland presenta un nuevo principio de diseño que aborda estos desafíos. Al incorporar una intercapa especialmente diseñada, las ABLM pueden lograr una mayor seguridad y rendimiento. El éxito de este principio de diseño abre emocionantes posibilidades para el desarrollo de una variedad de tecnologías de baterías con electrolitos sólidos, empoderando así la industria electrónica y el futuro de los vehículos eléctricos. Con más investigaciones y optimización, estas baterías podrían revolucionar la forma en que alimentamos nuestros dispositivos.
Deja una respuesta