Las baterías de litio metálico se encuentran entre los candidatos más prometedores para la próxima generación de baterías de alta energía. Pueden almacenar al menos el doble de energía por unidad de volumen que las baterías de iones de litio que se utilizan ampliamente en la actualidad. Por ejemplo, significaría que un coche eléctrico podría viajar dos veces con una sola carga, o que un teléfono inteligente no tendría que recargarse con tanta frecuencia.
Actualmente, las baterías de metal litio todavía presentan un importante inconveniente: el electrolito líquido requiere la adición de cantidades importantes de disolventes fluorados y sales fluoradas, lo que aumenta su impacto medioambiental. Sin embargo, sin la adición de flúor, las baterías de litio metálico serían inestables, dejarían de funcionar después de muy pocos ciclos de carga y serían propensas a cortocircuitos, así como a sobrecalentamiento e ignición. Un grupo de investigación dirigido por Maria Lukatskaya, profesora de Sistemas de Energía Electroquímica en ETH Zurich, ha desarrollado un nuevo método que reduce drásticamente la cantidad de flúor necesaria en las baterías de metal litio, haciéndolas más respetuosas con el medio ambiente y además más estables. viene el costo. eficaz
Una capa protectora estable mejora la seguridad y el rendimiento de la batería.
Los compuestos fluorados del electrolito ayudan a formar una capa protectora alrededor del litio metálico en el electrodo negativo de la batería. “Esta capa protectora se puede comparar con el esmalte dental”, explica Lukatskaya. “Esto evita que el litio metálico reaccione constantemente con los componentes del electrolito”. Sin él, el electrolito se drenará rápidamente durante el ciclo, la celda fallará y la falta de una capa estable dará como resultado la formación de bigotes de metal de litio (‘dendritas’) durante el proceso de recarga. .
Si estas dendritas tocan el electrodo positivo, se produce un cortocircuito con el riesgo de que la batería se caliente tanto que se queme. Por tanto, la capacidad de controlar las propiedades de esta capa protectora es fundamental para el rendimiento de la batería. Una capa protectora estable prolonga el rendimiento, la seguridad y la vida útil de la batería.
Minimizar el contenido de flúor
“La cuestión era cómo reducir el exceso de flúor sin comprometer la estabilidad de la capa protectora”, dice el estudiante de doctorado Nathan Hong. El nuevo método del grupo utiliza la atracción electrostática para lograr la respuesta deseada. Aquí, las moléculas fluoradas cargadas eléctricamente actúan como vehículo para transportar el flúor a la capa protectora. Esto significa que en el electrolito líquido sólo se necesita un 0,1% en peso de flúor, lo que es al menos 20 veces menos que en estudios anteriores.
El método optimizado hace que las baterías sean más ecológicas.
El grupo de investigación ETH Zurich describe el nuevo método y sus principios subyacentes en un artículo publicado recientemente en la revista Ciencias Energéticas y Ambientales. Se ha solicitado una patente.
Uno de los mayores desafíos fue encontrar la molécula adecuada a la que se pudiera unir el flúor y que también se descompusiera nuevamente en las condiciones adecuadas una vez que alcanzara el metal litio. Como explica el grupo, una ventaja clave de este método es que se puede integrar perfectamente en los procesos de producción de baterías existentes sin crear costes adicionales por cambiar la configuración de producción. Las baterías utilizadas en el laboratorio eran del tamaño de una moneda. En el siguiente paso, los investigadores planean probar la escalabilidad del método y aplicarlo a células de bolsa como las que se utilizan en los teléfonos inteligentes.
