El revestimiento protector para los electrodos de la batería constituye un aspecto importante de los esfuerzos en curso para mejorar el rendimiento de las baterías de iones de litio (LIBs). Recientemente, un equipo de científicos del Laboratorio Nacional de Argonne en los Estados Unidos descubrió un tipo de recubrimiento que no solo disuade las reacciones químicas adversas entre el cátodo y el electrolito, sino que también evita que el cátodo libere oxígeno durante el ciclo de la batería.
Las baterías de Ion-Litio, ahora se consideran el corazón de los dispositivos electrónicos de consumo y los vehículos eléctricos. Su posición de liderazgo en el mercado de almacenamiento de energía se basa en ventajas tales como una mayor densidad de energía, un rango de temperatura de operación más amplio y ningún efecto de memoria. Por otro lado, los LIB también tienen defectos evidentes, como electrólitos y cátodos inflamables susceptibles a la degradación inducida por el calor. Los científicos ahora están trabajando para superar estos desafíos, además de extender el ciclo de vida de la batería.
El equipo de Argonne se ha centrado en reforzar el revestimiento protector del cátodo de la batería porque las mejoras en esta área pueden abordar numerosos problemas de rendimiento y estabilidad. Durante la investigación, el equipo primero tomó partículas del tamaño de un micrón de un material de cátodo de níquel-manganeso-cobalto (NMC) que se desarrolla internamente y luego las encapsula con un polímero altamente conductor conocido como PEDOT. El PEDOT, que contiene azufre, actúa como una barrera entre el cátodo y el electrolito para impedir reacciones no deseadas. Al mismo tiempo, PEDOT no impide el flujo de iones de litio y electrones que es esencial para el funcionamiento de la batería.
PEDOT tiene muchos beneficios en comparación con otras soluciones de recubrimiento. El equipo de Argonne señala que este recubrimiento, que se aplica en el cátodo mediante un proceso de deposición de vapor químico oxidativo, no solo cubre la superficie de una partícula de cátodo sino que también penetra profundamente en su interior. Por lo tanto, proporciona un grado de protección mucho mayor. En contraste, los recubrimientos convencionales solo protegen la superficie de la partícula del cátodo, por lo que la partícula aún es susceptible de reaccionar con el electrolito cuando emergen grietas estructurales desde su interior. Además, PEDOT previene la desactivación del cátodo al inhibir la reacción que conduce a la formación indeseable de espinela.
Otra característica importante de PEDOT es su capacidad para suprimir la liberación de oxígeno. Los materiales de cátodo para LIBs tienden a degradarse y liberar oxígeno en una situación de alto voltaje y alta temperatura. El oxígeno puede reaccionar violentamente con los iones en el electrolito, lo que resulta en la combustión. Dado que la mayoría de los electrolitos para LIBs contienen iones altamente reactivos y también son inflamables, ahora existe un mayor riesgo de explosión de las baterías asociadas con los dispositivos electrónicos de consumo. Por lo tanto, el desarrollo del revestimiento PEDOT en Argonne pronto puede mitigar este grave problema de seguridad.
Khalil Amine, un científico especializado en baterías del equipo de Argonne, dijo que el PEDOT puede ayudar a mantener la estabilidad estructural del cátodo al inhibir la liberación de oxígeno durante el ciclo. Esto se hace sin restringir los movimientos de iones de litio y electrones.
El equipo de Argonne cree que el PEDOT, junto con otros nuevos tipos de soluciones de recubrimiento, se aplicará en el futuro a los NMC LIBs ricos en níquel. Con mejores materiales de cátodo, los NMC LIB podrán funcionar a voltajes más altos (ofreciendo así mayores salidas de energía) y obteniendo una vida útil más larga.
Noticia de: Energytrend.com / Traducción libre del inglés por WorldEnergyTrade.com
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