Ingenieros de la Universidad Rice han desarrollado una innovadora técnica de prelitación escalable que potencia la eficacia de las baterías de iones de litio.

A través del recubrimiento de ánodos de silicio con partículas estabilizadas de metal de litio (SLMPs, por sus siglas en inglés) empleando un surfactante, han logrado incrementar la vida de la batería de un impresionante 22% a 44%. A pesar del riesgo potencial de atrapamiento excesivo de litio con un recubrimiento excesivo, que podría llevar a una degradación más rápida de la batería, el equipo encontró que optimizando la cantidad de SLMPs y las estrategias de ciclo se puede prevenir esto.

Una revolución en las baterías de iones de litio

Los ánodos de silicio, en comparación con los tradicionales de grafito, pueden enlazarse con más iones de litio, ofreciendo así mayores capacidades de almacenamiento de energía.

Sin embargo, los ánodos de silicio forman una capa de interfaz de electrolito sólido (SEI) que consume litio y agota las reservas de la batería.

Por ello, esta investigación se ha centrado en mejorar la estabilidad de la capa SEI, reduciendo la depleción de iones de litio durante su formación.

Mejora en la distribución del recubrimiento

El equipo de la Universidad Rice utilizó un surfactante para dispersar los SLMPs de manera uniforme durante el proceso de recubrimiento por pulverización. Esto mejoró la distribución del recubrimiento dentro de la batería, previniendo la aglomeración y asegurando la uniformidad.

La importancia de un recubrimiento uniforme es doble. En primer lugar, evita el atrapamiento de litio, que puede provocar un desvanecimiento más rápido de la batería en ciclos posteriores. En segundo lugar, permite que los ánodos de silicio exploten completamente su mayor densidad de energía.

Implicaciones y desafíos

Si bien los resultados de esta investigación son prometedores, existen desafíos que necesitan ser superados.

Por ejemplo, el uso excesivo del recubrimiento puede llevar a un mayor atrapamiento de litio, causando que la batería se desvanezca más rápidamente en ciclos posteriores. Esto sugiere que hay un delicado equilibrio que debe ser alcanzado entre maximizar la vida de la batería y evitar el atrapamiento de litio. Sin embargo, los investigadores observaron que controlando la capacidad de ciclo de la celda y optimizando la cantidad de SLMPs, se puede evitar el atrapamiento de litio.

Otro desafío es la formación continua de la capa SEI en los ánodos de silicio, que consume litio y agota las reservas de la batería. La técnica de prelitación desarrollada por los investigadores muestra promesa para abordar este problema, mejorando la estabilidad de la capa SEI, lo que resulta en menos iones de litio siendo agotados durante su formación.

Perspectivas futuras

Este avance en la tecnología de las baterías de iones de litio podría tener implicaciones de gran alcance.

A medida que la demanda de soluciones de almacenamiento de energía y vehículos eléctricos continúa creciendo, la necesidad de baterías eficientes y duraderas nunca ha sido más crítica. El potencial de las baterías de ánodo de silicio para transformar las soluciones de almacenamiento de energía es crucial para abordar los objetivos climáticos y aprovechar al máximo las capacidades de los vehículos eléctricos.

Además, el método de recubrimiento por pulverización ideado por el equipo de la Universidad Rice es compatible con la fabricación a gran escala, lo que lo hace adecuado para su implementación en los procesos de producción de baterías existentes. Este es un factor crucial para asegurar que los beneficios de esta investigación se puedan realizar a gran escala, contribuyendo a la adopción más amplia de vehículos eléctricos y un futuro energético más sostenible.

La investigación fue financiada por el Programa de Investigación Universitaria de Ford Motor Co., la Fundación Nacional de Ciencias, y la Autoridad de Equipos Compartidos de la Universidad Rice.

Fuente: ecoinventos.com