Antecedentes:
Investigadores del Instituto de Bioenergía y Tecnología de Bioprocesos de Qingdao, Academia de Ciencias de China, han logrado un avance significativo en las baterías de litio de estado sólido, lo que podría hacer realidad el sueño de dispositivos electrónicos más pequeños con mayor duración de la batería. Este avance se publicó en la revista académica internacional Nature Energy el 31 de julio.
Las baterías de iones de litio utilizadas en teléfonos móviles, computadoras y otros dispositivos electrónicos almacenan y liberan energía predominantemente a través de electrolitos líquidos. Los científicos ahora están explorando un nuevo tipo de batería: las baterías de litio de estado sólido. Estas utilizan electrolitos sólidos en lugar de líquidos, lo que las hace significativamente más seguras.
Si bien las baterías de litio de estado sólido parecen ideales, su desarrollo enfrenta desafíos. Principalmente, las diferentes propiedades químicas y físicas de los materiales dentro del cátodo de la batería dificultan la compatibilidad perfecta, lo que lleva a múltiples problemas de interfaz que comprometen la densidad de energía y la vida útil. Para abordar esto, el equipo de investigación desarrolló un material novedoso: un material de cátodo homogeneizado (titanio germanio fosfoseleniuro de litio).
En comparación con los materiales convencionales, este compuesto ofrece ventajas que incluyen alta conductividad eléctrica, alta densidad de energía y vida útil prolongada:
Alta conductividad eléctrica:Este nuevo material exhibe alta conductividad iónica y electrónica, superando a los materiales de batería tradicionales (cátodos de óxido en capas) en más de 1000 veces. Esto permite procesos de carga y descarga suaves sin depender de aditivos conductores, lo que mejora significativamente el rendimiento general de la batería.
Alta capacidad de descarga:El nuevo material exhibe una alta capacidad de descarga de 250 mAh por gramo, superando a los materiales de cátodo de alto níquel actualmente utilizados. A igual peso o volumen, las baterías que incorporan este material pueden almacenar mayor energía eléctrica. Esto no solo permite una operación sostenida más prolongada sin recargas frecuentes, lo que mejora la resistencia, sino que también reduce el tamaño de la batería, lo que facilita el diseño de dispositivos más compactos.
Bajo cambio de volumen:Durante los ciclos de carga y descarga, el nuevo material exhibe un cambio de volumen de solo el 1,2%, sustancialmente menor que el 50% observado en los materiales de cátodo de óxido en capas convencionales. Este cambio de volumen mínimo ayuda a mantener la estabilidad estructural, extendiendo así la vida útil operativa de la batería.
Alta densidad de energía:Las baterías de litio de estado sólido que utilizan este nuevo material logran una densidad de energía de 390 Wh/kg, lo que representa un aumento de 1,3 veces con respecto a las baterías de litio de estado sólido de ciclo largo reportadas anteriormente.
Vida útil prolongada:Las baterías de litio de estado sólido que emplean este material logran más de 10.000 ciclos. Después de 5.000 ciclos de carga, la batería conserva el 80% de su capacidad inicial, entregando amplia energía durante períodos prolongados.
Esta investigación proporciona un apoyo técnico crucial para el desarrollo de dispositivos de almacenamiento de energía de alta densidad y larga duración, ofreciendo fuentes de energía seguras y duraderas para vehículos de nueva energía, redes de almacenamiento de energía y equipos de aguas profundas/espacio profundo. Tiene implicaciones significativas para el avance de nuevos sistemas de almacenamiento de energía.