Un estudio reciente realizado por investigadores del Instituto de Ciencia y Tecnología Daegu Gyeongbuk de Corea ha descubierto que el electrolito de alta concentración (High Concentration Electrolyte, HCE, por sus siglas en inglés) mejora significativamente el transporte de iones de Li+ a bajas temperaturas y la estabilidad térmica de la interfaz sólido-electrolito a altas temperaturas, aumentando así el rendimiento de los ciclos de las baterías de litio-metal (LMB).
En el artículo publicado en la revista Chemical Engineering Journal, los científicos explican que, en comparación con las baterías de iones de litio, las LMB tienen una densidad energética muy alta y se cargan muy rápidamente.
Sin embargo, adolecen de una baja eficiencia de corriente, escasa ciclabilidad y son propensas a la formación de Li-dendritas, es decir, a la deposición excesiva de litio en los electrodos.
Hasta ahora, la investigación ha descubierto que el uso de electrolitos de alta concentración salina (HCE) diluidos con disolventes a base de éter puede resolver estos problemas y mejorar el rendimiento.
Sin embargo, sigue siendo una cuestión pendiente entender cómo afecta la dilución de HCE al funcionamiento de los LMB en un amplio rango de temperaturas de trabajo.
Aquí es donde intervienen los expertos del DGIST. Tras explorar el efecto de la dilución de HCE en el ciclo de las baterías de litio-metal en un amplio rango de temperaturas, los autores principales del artículo, Hongkyung Lee y Hochun Lee, concluyeron que los HCE suelen ser viciosos y que diluirlos puede aumentar la migración de iones dentro de la celda y mejorar la humectación de los electrodos.
Así pues, el equipo adoptó una nueva técnica de dilución de HCE que les permitió demostrar un buen rendimiento de los ciclos de LMB a temperaturas entre 2 y 60 °C. A continuación, llevaron a cabo un análisis electroquímico comparativo de un pozo HCE modelo y de un HCE diluido con 1,1,2,2-tetrafluoroetil 2,2,3,3-tetrafluoropropil éter (TTE).
Los resultados experimentales indicaron que la dilución con TTE mejoró significativamente el transporte de iones Li+ y redujo el recubrimiento dendrítico de Li a bajas temperaturas, lo que es esencial para mantener la estabilidad del ciclo.
También se descubrió que el TTE es responsable de la formación de la interfaz sólido-electrolito térmicamente estable que determina la capacidad de ciclado a alta temperatura de los LMB.
El análisis también reveló que la dilución de TTE también podría resultar beneficiosa para el ciclado de alto voltaje de las células de Li.
“La estabilidad interfacial determinante del electrolito es un aspecto crucial para garantizar el rendimiento de las baterías”, afirma Hongkyung Lee en un comunicado de prensa.
“Este trabajo proporciona una estrategia racional para diluir electrolitos de alta concentración para estabilizar una superficie de Li altamente reactiva. Los hallazgos de este estudio pueden ofrecer pistas para diseñar la microestructura del electrolito, identificar su impacto fundamental en la estabilidad interfacial en un amplio rango de temperaturas y contribuir a la estabilidad de los ciclos de las baterías de Li-metal en la práctica”, agregó Lee.
En opinión de Lee, el litio-metal se considera un ánodo definitivo para las baterías de próxima generación, lo que significa que los conocimientos de este estudio pueden aplicarse para diseñar dispositivos pequeños y ligeros, pero eficientes, con estabilidad de ciclo a largo plazo, que puedan actuar como fuentes de energía para drones, robots que caminan o mecanismos de aumento físico, entre otros.
“Con nuestra investigación, intentamos reforzar el desarrollo de baterías de ciclo más largo y mayor densidad energética sin sacrificar la velocidad de carga, que es un requisito previo de los vehículos eléctricos de mayor kilometraje”, dijo Lee.
Noticia tomada de: MINING / Traducción libre del inglés por World Energy Trade
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