Científicos de la Universidad de Tohoku y la Organización de Investigación del Acelerador de Alta Energía han desarrollado un nuevo conductor complejo de hidruro de litio superiónico que podría generar baterías de estado sólido con mayor densidad de energía.
Los investigadores dicen que el nuevo material, logrado mediante el diseño de estructuras de agrupaciones de hidrógeno (aniones complejos), muestra una estabilidad marcadamente alta contra el metal litio, lo que lo convertiría en el material de ánodo definitivo para las baterías de estado sólido.
Las baterías de estado sólido que incorporan un ánodo de metal de litio tienen el potencial de abordar los problemas de densidad de energía de las baterías de iones de litio convencionales. Pero hasta ahora, su uso en células prácticas se ha visto limitado por la alta resistencia a la transferencia de iones de litio, causada principalmente por la inestabilidad del electrolito sólido contra el metal litio.
Por lo tanto, este nuevo electrolito sólido que exhibe una alta conductividad iónica y una alta estabilidad contra el metal litio puede ser un verdadero avance para las baterías de estado sólido que utilizan un ánodo de metal litio.
“Esperamos que este desarrollo no solo inspire los esfuerzos futuros para encontrar conductores superiónicos de litio basados en hidruros complejos, sino que también abra una nueva tendencia en el campo de los materiales de electrolitos sólidos que pueden conducir al desarrollo de dispositivos electroquímicos de alta densidad energética.”, dijo Sangryun Kim del grupo de investigación de Shin-ichi Orimo en la Universidad de Tohoku.
Las baterías de estado sólido son candidatas prometedoras para resolver los inconvenientes intrínsecos de las baterías de iones de litio actuales, como las fugas de electrolitos, la inflamabilidad y la densidad de energía limitada.
Se cree que el metal litio es el material de ánodo definitivo para baterías de estado sólido completo porque tiene la capacidad teórica más alta (3860 mAh g -1 ) y el potencial más bajo (-3.04 V frente al electrodo de hidrógeno estándar) entre los materiales de ánodo conocidos.
Los electrolitos sólidos conductores de iones de litio son un componente clave de todas las baterías de estado sólido porque la conductividad iónica y la estabilidad del electrolito sólido determinan el rendimiento de la batería.
El problema es que la mayoría de los electrolitos sólidos existentes tienen inestabilidad química/electroquímica y/o contacto físico deficiente contra el metal litio, lo que inevitablemente provoca reacciones secundarias no deseadas en la interfaz. Estas reacciones secundarias provocan un aumento de la resistencia interfacial, lo que reduce considerablemente el rendimiento de la batería durante los ciclos repetidos.
Como lo revelaron estudios previos, que propusieron estrategias como la aleación del metal de litio y la modificación de la interfaz, este proceso de degradación es muy difícil de abordar porque su origen es la alta reactividad termodinámica del ánodo de metal de litio con el electrolito.
Los principales desafíos para usar el ánodo de metal litio son la alta estabilidad y la alta conductividad de iones de litio del electrolito sólido.
“Los hidruros complejos han recibido mucha atención al abordar los problemas asociados con el ánodo de metal de litio debido a su excelente estabilidad química y electroquímica contra el ánodo de metal de litio”, dijo Kim. “Pero debido a su baja conductividad iónica, el uso de hidruros complejos con el ánodo de metal de litio nunca se ha intentado con baterías prácticas. Por lo tanto, estábamos muy motivados para ver si el desarrollo de hidruro complejo que exhibe conductividad superiónica de litio a temperatura ambiente puede permitir el uso de litio. Ánodo de metal. Y funcionó “.
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