Los avances en la tecnología de las baterías son un área en constante evolución y crecimiento, y los investigadores de la Universidad de Rice están liderando el camino con un nuevo método que mejora la vida útil y eficiencia de las baterías de iones de litio. Esta innovación puede ser la clave para liberar todo el potencial de los vehículos eléctricos y ayudar a alcanzar objetivos climáticos al mejorar las capacidades de almacenamiento de energía.
La pieza clave de esta investigación gira en torno a las baterías con ánodos de silicio. Estas baterías tienen el potencial de revolucionar el almacenamiento de energía debido a su mayor capacidad en comparación con los ánodos de grafito. El silicio puede absorber hasta cuatro veces más iones de litio que el grafito, lo que significa que las baterías de silicio pueden almacenar más energía en un espacio más pequeño. Sin embargo, la utilización de silicio también tiene sus desafíos.
Uno de los principales problemas con el silicio es su tendencia a formar una capa llamada interfaz electrodo-electrolito sólido (SEI). Esta capa consume iones de litio y, dado que la batería se descarga y carga repetidamente, la capa SEI puede romperse y reformarse, agotando aún más los iones de litio de la batería.
Para enfrentar este problema, los investigadores desarrollaron un método de “prelitiado”, que implica recubrir los ánodos de silicio con partículas de metal de litio estabilizadas (SLMP). Este proceso de prelitiado ayuda a compensar la pérdida de litio que generalmente ocurre con el silicio y mejora la estabilidad de la capa SEI, lo que resulta en una vida útil de la batería más larga.
El equipo de investigación encontró que la técnica de recubrimiento por pulverización de los ánodos con una mezcla de partículas de SLMP y un agente tensioactivo mejoraba la vida útil de la batería en un 22% a un 44%. Sin embargo, aunque inicialmente las celdas de la batería con una mayor cantidad de recubrimiento alcanzaban una mayor estabilidad y vida útil del ciclo, había una desventaja: cuando se ciclaba a plena capacidad, una mayor cantidad del recubrimiento de partículas provocaba una mayor trampa de litio, lo que hacía que la batería se desvaneciera más rápidamente en los ciclos subsiguientes.
Un aspecto innovador de esta investigación es el uso de un agente tensioactivo para dispersar las partículas de SLMP. Este agente ayuda a las partículas a dispersarse uniformemente en lugar de acumularse en diferentes bolsillos dentro de la batería. Esta dispersión uniforme es crucial para mejorar la eficiencia y vida útil de las baterías.
El descubrimiento de este “mecanismo de trampa de litio” y la forma de controlarlo marca un gran avance en la ciencia de las baterías. Si los investigadores pueden encontrar formas de evitar esta trampa de litio optimizando las estrategias de ciclado y la cantidad de SLMP, esto permitiría aprovechar al máximo la mayor densidad de energía de los ánodos de silicio.
Este avance en la tecnología de las baterías tiene el potencial de revolucionar nuestra capacidad para almacenar y utilizar energía, impulsando a los vehículos eléctricos a la vanguardia de las soluciones de transporte sostenible. Con la constante innovación en este campo, podemos esperar más avances emocionantes en el futuro.
Referencia: http://dx.doi.org/10.1021/acsaem.3c00713
