Los científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía de los EE. UU. Berkeley Lab han desarrollado un nuevo electrolito para su uso en baterías de litio de estado sólido que supera muchos de los problemas que afectan a otros electrolitos sólidos y al mismo tiempo muestra signos de ser compatible con el próximo-cátodos de generación.
El científico de baterías de Berkeley Lab, Nitash Balsara, en colaboración con el colaborador Joseph DeSimone de la Universidad de Carolina del Norte en Chapel Hill, ideó un electrolito híbrido altamente conductor, que combina los dos tipos principales de electrolitos sólidos: polímero y vidrio.
Su descubrimiento se detalla en "Electrolitos híbridos de vidrio-polímero híbridos que cumplen con las normas para baterías de litio", publicado en línea en la revista Actas de la Academia Nacional de Ciencias PNAS , en coautoría de los investigadores de Berkeley Lab, Irune Villaluenga, Kevin Wujcik, Wei Tong y Didier Devaux, y Dominica Wong de U. Carolina del Norte.Villaluenga, un becario postdoctoral en Berkeley Lab, desempeñó un papel clave en el diseño y la realización del electrolito sólido;Balsara y DeSimone son los autores principales.
"El electrolito es compatible, lo que significa que puede deformarse fácilmente para mantener el contacto con el electrodo a medida que la batería se recicla, y también tiene una conductividad a temperatura ambiente sin precedentes para un electrolito sólido", dijo Balsara.
El electrolito lleva carga eléctrica entre el cátodo y el ánodo de la batería y en la mayoría de las baterías comerciales es líquido. Los investigadores se esfuerzan por desarrollar una batería con todos los componentes sólidos, ya que probablemente funcionaría mejor, duraría más y sería más seguro.
Los dos tipos de electrolitos sólidos: polímero y vidrio o cerámica, cada uno viene con su propio conjunto de problemas. Los electrolitos de polímero no se comportan bien a temperatura ambiente y necesitan ser calentados. Por otro lado, los electrolitos de cerámica, se comportan bien a temperatura ambiente, pero requieren una gran presión para mantener el contacto con los electrodos. "Se necesita algo así como 1 tonelada por cada centímetro cuadrado, por lo que necesita un gran camión sentado en la batería a medida que avanza", dijo Balsara..
El nuevo material que desarrollaron, un híbrido de vidrio y polímero, se fabricó tomando partículas de vidrio, uniendo cadenas de perfluoropoliéter a la superficie de las partículas, agregando sal y luego haciendo una película con estos componentes.en relación con el vidrio, pudieron obtener un electrolito compatible con alta conductividad a temperatura ambiente y excelente estabilidad electroquímica.
Aunque la conductividad no es tan buena como la de un electrolito líquido, siendo aproximadamente 10 a 15 veces menor, "probablemente sea lo suficientemente buena para algunas aplicaciones", dijo Balsara. "No necesariamente necesitamos igualar un electrolito líquido porqueCasi toda la corriente en el electrolito híbrido es transportada por el ion de litio. En los electrolitos de litio convencionales, solo del 20 al 30 por ciento de la corriente es transportada por el ion de litio. Sin embargo, es probable que jugar con diferentes compuestos de vidrio, tamaño de partícula, y la longitud y concentración de las cadenas poliméricas dará como resultado una conductividad mejorada ".
Los investigadores también demostraron que su electrolito híbrido debería ser estable con dos de los candidatos a cátodos de próxima generación más prometedores que se están desarrollando, cátodos de azufre y alto voltaje como el óxido de litio, níquel, manganeso y cobalto.
"A la gente le gustaría usar cátodos de 5 voltios, pero los electrolitos que son estables frente a esos cátodos de 5 voltios no están fácilmente disponibles", dijo Balsara. "Hemos demostrado que este electrolito es estable a 5 voltios, aunque no hemos incorporadoel electrolito híbrido en el cátodo todavía "
Otros experimentos demostraron que el electrolito híbrido puede ser adecuado para trabajar con un cátodo de azufre, que opera a un voltaje relativamente bajo pero tiene las ventajas de ser de alta capacidad y muy económico. Un modo de falla mayor en las células de azufre de litio con las convencionaleslos electrolitos líquidos son la disolución de compuestos intermedios formados cuando el azufre en el cátodo se convierte en sulfuro de litio en el electrolito. Sin embargo, se encontró que los intermedios eran insolubles en el electrolito de polímero de vidrio.
"Aunque queda mucho trabajo por hacer, creemos que nuestro trabajo abre una ruta previamente no identificada para desarrollar electrolitos sólidos híbridos que abordarán los desafíos actuales de las baterías de litio", escribieron los investigadores en el PNAS artículo
La financiación de la investigación en Berkeley Lab fue proporcionada por la Oficina de Ciencia del DOE a través del Centro Conjunto para la Investigación del Almacenamiento de Energía, un Centro de Innovación Energética del DOE. Parte del trabajo se realizó en el Stanford Synchrotron Radiation Lightsource en SLAC National Accelerator Laboratory y enFuente de luz avanzada en Berkeley Lab, ambas instalaciones de usuario de la Oficina de Ciencias del DOE.
Balsara fue uno de los cofundadores de la startup de baterías Seeo, fundada en 2007 para desarrollar un electrolito de copolímero de bloque sólido. Balsara y DeSimone también cofundaron una empresa de nueva creación llamada Blue Current, cuyo objetivo es comercializar un producto no inflamable a base de perfluoropoliéterelectrolito que desarrollaron juntos.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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