TOKIO, Japón – Investigadores de la Universidad Metropolitana de Tokio han desarrollado un nuevo cátodo de estado casi sólido para baterías de metal de litio de estado sólido con una resistencia interfacial significativamente reducida entre el cátodo y un electrolito sólido. La adición de un líquido iónico permitió que su cátodo modificado mantuviera un excelente contacto con el electrolito. Su prototipo de batería también mostró una buena retención de capacidad. Aunque encontrar el mejor líquido iónico sigue siendo difícil, la idea promete nuevas direcciones en el desarrollo de baterías de litio sólido para aplicaciones prácticas.

TOKIO, Japón – Investigadores de la Universidad Metropolitana de Tokio han desarrollado un nuevo cátodo de estado cuasi sólido para baterías de metal de litio de estado sólido con una resistencia interfacial significativamente reducida entre el cátodo y un electrolito sólido. La adición de un líquido iónico permitió que su cátodo modificado mantuviera un excelente contacto con el electrolito. Su prototipo de batería también mostró una buena retención de capacidad. Aunque encontrar el mejor líquido iónico sigue siendo difícil, la idea promete nuevas direcciones en el desarrollo de baterías de litio sólido para aplicaciones prácticas.

Las baterías de iones de litio se han vuelto omnipresentes y han encontrado un lugar en nuestros teléfonos inteligentes, computadoras portátiles, herramientas eléctricas y vehículos eléctricos. Pero a medida que buscamos soluciones mejores y de mayor densidad de energía, los científicos están recurriendo al litio de estado sólido. metal pilas Las baterías de metal de litio tienen potencialmente densidades de energía mucho más altas que sus contrapartes de iones de litio. Se cree que son el futuro de las baterías, que alimentan vehículos y redes a gran escala.

Sin embargo, los problemas técnicos impiden que las baterías de metal de litio de estado sólido lleguen a aplicaciones exigentes. Uno importante es el diseño de la interfaz entre los electrodos y los electrolitos sólidos. Los electrolitos de las baterías de iones de litio suelen ser líquidos y muy inflamables, lo que supone un peligro para la seguridad. Debido a esto, las personas han intentado usar un electrolito de estado sólido en su lugar. Sin embargo, es difícil lograr un buen contacto entre los electrodos y los electrolitos sólidos. Cualquier aspereza de la superficie en cualquiera de los lados dará como resultado una alta resistencia interfacial, lo que afectará el rendimiento de la batería. Ha habido algo de trabajo en el diseño del electrolito sólido, pero el diseño del cátodo sigue siendo un tema abierto.

Un equipo dirigido por el profesor Kiyoshi Kanamura de la Universidad Metropolitana de Tokio ha desarrollado nuevas formas de mejorar el contacto entre el cátodo y el electrolito sólido en baterías de metal de litio completamente sólidas. Ahora han logrado producir un óxido de cobalto de litio casi sólido (LiCoO2) cátodo que contiene un líquido iónico a temperatura ambiente. Los líquidos iónicos están formados por iones positivos y negativos; también pueden transportar iones. Es importante destacar que pueden llenar cualquier pequeño vacío en la interfaz de cátodo/electrolito sólido. Con las cavidades rellenas, la resistencia interfacial se redujo significativamente.

El método del equipo también tiene otras ventajas. Los líquidos iónicos no solo son conductores iónicos, sino que son casi no volátiles y en su mayoría no inflamables. También tienen un impacto mínimo en la suspensión a partir de la cual se forma el cátodo, dejando el proceso de fabricación prácticamente intacto. El equipo demostró una batería prototipo hecha con su cátodo cuasi sólido y electrolito sólido «granate» (en referencia a su estructura) que mostró una buena capacidad de recarga, con una retención de capacidad del 80 % después de 100 ciclos de carga/descarga a una temperatura elevada de 60 grados. Investigaciones posteriores también revelaron un contenido óptimo de líquido iónico del 11% en peso.

Quedan problemas, como encontrar un mejor líquido iónico que no se descomponga tan fácilmente. Sin embargo, el nuevo paradigma del equipo promete nuevas direcciones emocionantes para explorar baterías de metal de litio de estado sólido con el potencial de sacarlas del laboratorio y llevarlas a nuestras vidas.

Este trabajo fue apoyado por el Programa de Investigación y Desarrollo de Tecnologías Bajas en Carbono Avanzadas (ALCA) – Investigación Especialmente Promovida para Baterías Innovadoras de Próxima Generación (SPRING) (Subvención No. JPMJAL1301) de la Agencia de Ciencia y Tecnología de Japón (JST).


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