Las baterías de litio, si bien son prometedoras para el futuro energético, enfrentan importantes desafíos relacionados con su durabilidad y seguridad. Los investigadores buscan continuamente soluciones para prolongar la vida útil de los ánodos de litio, un material clave para las baterías de próxima generación. Una innovación reciente podría cambiar las reglas del juego en esta área.
Investigadores del Instituto KAIST anunciaron recientemente avances para extender la vida útil de los ánodos de litio. Su método, desarrollado por el profesor Il-Doo Kim del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales, en colaboración con el profesor Jiyoung Lee de la Universidad de Ajou, se basa en el uso de nanofibras huecas y ecológicas para proteger los ánodos.
El 2 de diciembre, el Instituto KAIST, bajo el liderazgo del presidente Kwang Hyung Lee, reveló que su trabajo había estabilizado el crecimiento del litio y mejorado sustancialmente la longevidad de las baterías de metal litio.
Los límites de las técnicas de protección convencionales
Las tecnologías tradicionales de capas protectoras, que implican aplicar un recubrimiento al litio para formar una interfaz artificial con el electrolito, a menudo utilizan procesos tóxicos y materiales costosos. Estos métodos han proporcionado sólo mejoras limitadas en la vida útil de los ánodos de litio.
Para superar estos obstáculos, el equipo del profesor Kim propuso un nuevo enfoque con nanofibras huecas. Estas nanofibras, fabricadas mediante un proceso de electrohilado respetuoso con el medio ambiente, utilizan goma guar, extraída de plantas, como material principal y agua como único disolvente.
El proceso de electrohilado y la goma guar.
El electrohilado es una técnica en la que se someten soluciones poliméricas a un campo eléctrico, lo que permite producir fibras continuas con diámetros que varían desde unos pocos nanómetros hasta varios micrómetros. La goma guar, un polímero natural compuesto principalmente por monosacáridos, regula las interacciones con los iones de litio a través de sus grupos funcionales oxidados.
La capa protectora de nanofibras controla eficazmente las reacciones químicas reversibles entre el electrolito y los iones de litio. Los espacios huecos en las fibras evitan la acumulación aleatoria de iones de litio en la superficie del metal, estabilizando así la interfaz entre el litio y el electrolito.
Rendimiento y durabilidad
Los resultados obtenidos con esta nueva capa protectora son impresionantes. Los ánodos de metal de litio han visto aumentar su vida útil en casi un 750% en comparación con los ánodos convencionales. Las baterías conservaron el 93,3 % de su capacidad después de 300 ciclos de carga y descarga, ofreciendo un rendimiento de clase mundial.
Además, los investigadores confirmaron que esta capa protectora natural se descompone completamente en aproximadamente un mes en el suelo, lo que demuestra su carácter ecológico durante todo su ciclo de vida.
El profesor Il-Doo Kim explicó: “ Al aprovechar las funciones protectoras físicas y químicas, pudimos guiar reacciones reversibles entre el litio metálico y el electrolito de manera más eficiente y suprimir el crecimiento de dendritas, lo que dio como resultado ánodos de litio con características de longevidad sin precedentes. »
Añadió: “ A medida que la carga medioambiental de la producción y eliminación de baterías se convierte en una preocupación creciente debido a la creciente demanda de baterías, este método de fabricación a base de agua con propiedades biodegradables contribuirá en gran medida a la comercialización de nuevas baterías ecológicas. »
Artículo : « Superar las inestabilidades químicas y mecánicas en ánodos de metal de litio con una capa SEI artificial sostenible y ecológica » – DOI: 10.1002/adma.202470373
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