Un equipo de investigación de la Universidad pública de investigación Penn State, del estado de Pensilvania, han desarrollado un nuevo material polimérico que puede utilizarse para crear una interfase entre el electrolito sólido y el ánodo, que aumente la densidad energética, el rendimiento y la seguridad de las baterías de litio-metal.
El electrolito se sitúa entre los electrodos de las celdas de las baterías encargándose de transportar los iones entre ellos, generando una corriente eléctrica durante la descarga y funcionando de forma inversa durante la carga. La interfase que lo separa del ánodo es un elemento clave para la estabilización de las baterías de litio-metal, al ser el responsable del equilibrio de su estructura. Durante los procesos de carga y descarga está constantemente reestructurándose y consumiendo electrolito, creciendo y añadiendo inestabilidad al conjunto e impidiendo que las baterías tengan una mayor vida útil.
En un artículo publicado en Nature Materials, el equipo de Penn State explica un nuevo diseño de esta interfase entre el electrolito sólido y el ánodo que utiliza un compuesto de polímero reactivo a nivel molecular, que suprime de manera efectiva esta inestabilidad eliminando el consumo del electrolito.
Donghai Wang, profesor de ingeniería mecánica y química y autor de la publicación, afirma que "esta interfase se forma naturalmente por la reacción entre el litio y el electrolito en la batería, pero su comportamiento causa muchos problemas". Su equipo ha creado una capa formada por una sal de litio polimérica, nanopartículas de fluoruro de litio y láminas de óxido de grafeno. A diferencia de la interfase derivada de los electrolitos convencionales tiene excelentes propiedades.
La interfase electroquímica entre el ánodo y el electrolito está compuesta por un polímero reactivo se estabiliza mediante el uso de un compuesto de polímero reactivo, que permite obtener baterías de metal de litio recargables de alto rendimiento. Crédito: Donghai Wang.
El polímero diseñado es una nanoestructura bidimensional con un espesor del orden del nanómetro, que forma un enlace similar a una garra sobre la superficie del litio evitando de forma pasiva que reaccione con las moléculas del electrolito y actuando como una barrera mecánica para evitar que se formen dendritas de metal de litio.
La colaboración entre químicos e ingenieros permitió desarrollar una tecnología capaz de controlar la superficie de litio a escala atómica. El polímero también disminuye el peso y el coste de fabricación, lo que mejora aún más el futuro de las baterías de litio-metal.
La investigación ha sido apoyada por el Instituto de Energía y Medio Ambiente (IEE) y por del Centro de Tecnología de Almacenamiento y Energía de Baterías (BEST), un instituto de investigación líder en almacenamiento de energía. La Oficina de Tecnologías de Vehículos en el Departamento de Energía de los Estados Unidos y la Fundación Nacional de Ciencia también han respaldado este trabajo.
