Científicos estadounidenses han creado un nuevo diseño para baterías de estado sólido de metal de litio que debería evitar la formación de dendritas que crecen en el electrolito. Su batería de varias capas podría recargar vehículos eléctricos en un plazo de 10 a 20 minutos.
Los investigadores de Harvard afirman haber desarrollado una batería de estado sólido de metal de litio con una estabilidad mejorada y una mayor capacidad para prevenir la penetración de dendrita de litio (Li).
“Nuestra investigación muestra que la batería de estado sólido podría ser fundamentalmente diferente de la batería comercial de iones de litio de electrolito líquido”, dijo el investigador Xin Li. “Al estudiar su termodinámica fundamental, podemos desbloquear un rendimiento superior y aprovechar sus abundantes oportunidades”.
La batería se puede cargar y descargar al menos 10.000 veces con alta densidad de corriente, dijeron los científicos. Su diseño multicapa se describe como una estructura en la que un electrolito menos estable se intercala entre electrolitos sólidos más estables que pueden prevenir cualquier crecimiento de dendrita de litio. Esta arquitectura se combinó luego con un material de cátodo comercial de alta densidad de energía.
“Piense en la batería como un sándwich BLT”, explicó el grupo de Harvard. “Primero viene el pan, el ánodo de metal de litio, seguido de la lechuga, una capa de grafito. A continuación, una capa de tomates, el primer electrolito, y una capa de tocino, el segundo electrolito. Termine con otra capa de tomates y el último trozo de pan: el cátodo “.
El primer electrolito, que los académicos designaron con el nombre químico Li5.5PS4.5Cl1.5, o LPSCI, es más estable con litio, pero está sujeto a la penetración de dendrita. Por el contrario, el segundo, denominado Li10Ge1P2S12, o LGPS, es más inmune a las dendritas a pesar de ser menos estable con el litio. Bajo esta configuración, se permite que las dendritas pasen a través del grafito y el primer electrolito, pero se detienen justo antes del segundo.
“El rendimiento cíclico del ánodo de metal de litio emparejado con un cátodo LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2 es muy estable, con una retención de capacidad del 82% después de 10,000 ciclos y una retención de capacidad del 81,3% después de 2,000 ciclos ”, enfatizaron los académicos. “Nuestro diseño también permite una potencia específica de 110,6 kilovatios por kilogramo y una energía específica de hasta 631,1 Watts-hora por kilogramo a nivel de material de cátodo de tamaño micrométrico”.
La batería, según los académicos, también tiene propiedades de autocuración, ya que debería poder rellenar los agujeros creados por las dendritas. Sus creadores afirman que tiene el potencial de recargar vehículos eléctricos en 10 a 20 minutos.
El diseño del dispositivo se describió en el documento “Una estrategia de diseño de estabilidad dinámica para baterías de estado sólido de metal de litio”, publicado en Nature.
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