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. Esto significará, por ejemplo, que un coche eléctrico podrá recorrer el doble de distancia con una sola carga o que no será necesario cargar un smartphone con tanta frecuencia.
Actualmente, las baterías de metal de litio todavía tienen un gran inconveniente: al electrolito líquido hay que añadir una cantidad importante 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, sobrecalentamiento e ignición. Un grupo de investigación dirigido por Maria Lukatskaja, profesora de Sistemas de Energía Electroquímica en ETH Zurich, ha desarrollado un nuevo método que reduce significativamente la cantidad de flúor necesaria en las baterías de metal litio, haciéndolas más respetuosas con el medio ambiente y estables, además de rentables. . eficaz.
Una capa protectora estable aumenta la seguridad y eficiencia 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 continuamente con los componentes del electrolito». De lo contrario, el ciclo drenaría el electrolito rápidamente, la celda fallaría y, debido a la falta de una capa estable, se formarían bigotes de metal de litio (dendritas) durante el proceso de carga en lugar de una capa plana conformada. .
Si estas dendritas tocan el electrodo positivo, se produciría un cortocircuito con el riesgo de que la batería se calentara tanto que se incendiara. Por lo tanto, la capacidad de controlar las propiedades de esta capa protectora es fundamental para el rendimiento de la batería. Una capa protectora estable aumenta la eficiencia, la seguridad y la vida útil de la batería.
Reducir el contenido de flúor al mínimo
«La cuestión era cómo reducir la cantidad de flúor añadido 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 reacción deseada. En este caso, las moléculas fluoradas cargadas eléctricamente sirven como medio para transportar el flúor a la capa protectora. Esto significa que sólo se necesita un 0,1 por ciento en peso de flúor en el electrolito líquido, 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 Energía y Ciencias Ambientales. Se ha presentado una solicitud de patente.
Uno de los mayores desafíos fue encontrar la molécula adecuada a la que se podría agregar flúor y que también se dividiría nuevamente en las condiciones adecuadas una vez que alcanzara el metal de litio. Como explica el grupo, la principal ventaja de este método es que se puede integrar perfectamente en el proceso de producción de baterías existente sin incurrir en costes adicionales para cambiar la configuración de producción. Las baterías utilizadas en el laboratorio eran del tamaño de una moneda. Como siguiente paso, los investigadores planean probar la escalabilidad del método y aplicarlo a las células de bolsa utilizadas en los teléfonos inteligentes.
