Un equipo de investigación ha desarrollado un electrolito formado por un disolvente que contiene átomos de flúor que crea una película uniforme y protectora que se sitúa sobre los electrodos de las baterías de litio. Gracias a ella, se evita la formación de las famosas dendritas, aumentando su vida útil y, al mismo tiempo, incrementando la potencia de salida de la batería. Este nuevo electrolito utilizado en las baterías de iones de litio con cátodo NCM ricas en níquel es capaz de aumentar su rendimiento electroquímico.
En las baterías de iones de litio estos se mueven entre el ánodo y el cátodo utilizando un compuesto de litio intercalado como material del electrodo, en lugar del litio metálico que se emplea en las baterías de litio. Los ánodos de metal de litio y los cátodos ricos en níquel formados por capas NCM (níquel-manganeso-cobalto) ofrecen altas capacidades de reversibilidad en los ciclos de carga y descarga, lo que las convierte en candidatas para la fabricación de baterías de alta densidad de energía. Sin embargo, su baja eficiencia culómbica y los riesgos de seguridad creados por su inestabilidad morfológica que estimula la formación de dendritas dificultan las aplicaciones prácticas de estos electrodos.
En el proceso de carga y descarga de una batería, los iones de litio se mueven a través del electrolito, entre un electrodo positivo (cátodo) y el electrodo negativo (ánodo). En la superficie de los electrodos, el litio del electrolito reacciona con ellos formando una película protectora no uniforme que, en el ánodo, crea las conocidas dendritas. Su crecimiento excesivo puede llegar a reducir el rendimiento de la batería, llegando incluso a producir un cortocircuito.
El flúor estabiliza la película protectora que se forma sobre los electrodos de las baterías de litio-metal.
El equipo de investigación del profesor Nam-Soon Choi y el profesor Sang Kyu Kwak, del Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología de Ulsan (UNIST), se ha centrado en el control efectivo del volumen y de la forma de esta película protectora para aumentar la vida útil de las baterías. Para ello, desarrollaron un nuevo electrolito que contiene flúor para proteger los electrodos y permitir una mayor salida de potencia de la celda. El flúor reacciona con el litio para crear una película protectora estable sobre los electrodos. Este resultado permite la implementación de baterías de litio-metal de alto voltaje y larga duración que no eran viables con los electrolitos de las baterías de iones de litio convencionales.
El equipo del profesor Kwak utilizó cálculos teóricos para identificar las tendencias de las interacciones químicas y los mecanismos de reacción para los solventes que contienen flúor. En particular, el disolvente de éter fluorado, que tiene una reacción de reducción más sencilla que el flúor convencional, tiene la propiedad de emitir flúor, promoviendo así la formación de una película protectora (interfaz fluorada) en el cátodo.
La investigación ha sido publicada en la revista Nano Energy, donde el profesor Kwak indica que “este principio de cálculo contribuirá al desarrollo de materiales electrolíticos funcionales y de aditivos que permitan un alto rendimiento de las baterías de metal de litio desarrollando un sistema electrolítico para celdas de alta densidad de energía”. Ha sido apoyada económicamente a través del Programa de Innovación Tecnológica del Ministerio de Comercio, Industria y Energía (MOTIE) y el Programa de Desarrollo de Tecnología para Resolver los Cambios Climáticos por el Ministerio de Ciencia y TIC (MSIT).
