Una nueva bateria de iones de litio supera el riesgo de explosión e incendio usando una solución de agua-sal como electrolito. Alcanza la marca de 4,0 voltios deseada para la electrónica doméstica.
Este avance logrado por investigadores de la Universidad de Maryland y el US Army Research Laboratory ha sido publicado en la revista Joule.
“Antes, si se quería una batería de alta energía, había que recurrir a una bateria no acuosa de ion-litio, pero esto comprometía la seguridad. Si no se querían riesgos, la opción era una batería acuosa como la de níquel/hidruro de metal, pero la energía es sensiblemente más baja”, dice Kang Xu, coautor principal del estudio, que trabaja en el US Army Research Laboratory. La nueva batería ofrece alta energía y seguridad a la vez.
La investigación sigue un estudio de 2015 publicado en Science que produjo una batería similar de 3,0 voltios con un electrolito acuoso, pero no pudo alcanzar mayores voltajes por el llamado “desafío catódico”, en el que un extremo de la batería, hecho de grafito o litio, se degrada por el electrolito acuoso.
Para resolver este problema y dar el salto de tres voltios a cuatro, el primer autor, Chongyin Yang, investigador asistente de la Universidad de Maryland, diseñó un nuevo recubrimiento para el electrolito de gel de polímero que se puede aplicar al ánodo de grafito o litio.
Este revestimiento hidrofóbico expulsa las moléculas de agua en la proximidad de la superficie del electrodo y después, al cargarse por primera vez, se descompone y forma una interfase estable -una delgada mezcla de productos de descomposición que separa el ánodo sólido del electrolito líquido. Esta interfase, inspirada en una capa generada dentro de baterías no acuosas, protege el ánodo de reacciones secundarias debilitantes, permitiendo que la batería utilice materiales de ánodo deseables, tales como grafito o metal de litio, y consiga una mejor densidad de energía.
“La innovación clave aquí es hacer el gel adecuado que puede bloquear el contacto del agua con el ánodo para que el agua no se descomponga y también pueda formar la interfase correcta para soportar un alto rendimiento de la batería”, dice el coautor Chunsheng Wang.
La adición del revestimiento de gel también incrementa las ventajas de seguridad de la nueva batería cuando se compara con las baterías de ion-litio no acuosas estándar y aumenta la densidad de energía cuando se compara con cualquier otra propuesta de batería de iones de litio acuosa.
Todas las baterías acuosas de iones de litio se benefician de la inflamabilidad de los electrolitos a base de agua en comparación con los disolventes orgánicos altamente inflamables usados en sus contrapartes no acuosas. Sin embargo, algo único en este caso es que incluso cuando la capa de interfase está dañada (por ejemplo, si la carcasa de la batería se pinchó), reacciona lentamente con el ánodo de litio o de grafito litiado, evitando el humo, el fuego o la explosión si una batería dañada lleva el metal a contacto directo con el electrolito.
Fuente: Europa Press