Los científicos de la Universidad de Tohoku y la Organización de Investigación del Acelerador de Alta Energía han desarrollado un nuevo conductor superiónico de hidruro de litio complejo que podría dar como resultado baterías de estado sólido con la mayor densidad de energía hasta la fecha.
Los investigadores dicen que el nuevo material, logrado mediante el diseño de estructuras de grupos de hidrógeno aniones complejos, muestra una estabilidad marcadamente alta contra el metal de litio, lo que lo convertiría en el mejor material de ánodo para baterías de estado sólido.
Las baterías de estado sólido que incorporan un ánodo de litio metálico tienen el potencial de abordar los problemas de densidad de energía de las baterías de iones de litio convencionales. Pero hasta ahora, su uso en celdas prácticas ha estado limitado por la alta resistencia a la transferencia de iones de litio, causadaprincipalmente por la inestabilidad del electrolito sólido contra el litio metálico.
Este nuevo electrolito sólido que exhibe una alta conductividad iónica y una alta estabilidad contra el metal de litio puede ser un gran avance para las baterías de estado sólido que usan un ánodo de metal de litio.
"Esperamos que este desarrollo no solo inspire esfuerzos futuros para encontrar conductores superiónicos de litio basados en hidruros complejos, sino que también abra una nueva tendencia en el campo de los materiales de electrolitos sólidos que pueden conducir al desarrollo de alta densidad de energíadispositivos electroquímicos ", dijo Sangryun Kim del grupo de investigación de Shin-ichi Orimo en la Universidad de Tohoku.
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Las baterías de estado sólido son candidatos prometedores para resolver los inconvenientes intrínsecos de las baterías actuales de iones de litio, como la fuga de electrolitos, la inflamabilidad y la densidad de energía limitada.
Se cree ampliamente que el metal de litio es el material anódico definitivo para las baterías de estado sólido porque tiene la capacidad teórica más alta 3860 mAh g -1 y el potencial más bajo -3.04 V vs. electrodo de hidrógeno estándar entre materiales anódicos conocidos.
Los electrolitos sólidos conductores de iones de litio son un componente clave de las baterías de estado sólido porque la conductividad iónica y la estabilidad del electrolito sólido determinan el rendimiento de la batería.
El problema es que la mayoría de los electrolitos sólidos existentes tienen inestabilidad química / electroquímica y / o mal contacto físico contra el metal de litio, lo que inevitablemente provoca reacciones secundarias no deseadas en la interfaz. Estas reacciones secundarias provocan un aumento de la resistencia interfacial, lo que degrada en gran medida el rendimiento de la batería duranteciclismo repetido
Como lo revelaron estudios previos, que propusieron estrategias como la aleación del metal de litio y la modificación de la interfaz, este proceso de degradación es muy difícil de abordar porque su origen es la alta reactividad termodinámica del ánodo de metal de litio con el electrolito.
Los principales desafíos para usar el ánodo de metal de litio son la alta estabilidad y la alta conductividad de iones de litio del electrolito sólido.
"Los hidruros complejos han recibido mucha atención al abordar los problemas asociados con el ánodo de metal de litio debido a su excelente estabilidad química y electroquímica contra el ánodo de metal de litio", dijo Kim. "Pero debido a su baja conductividad iónica, el uso de complejosLos hidruros con el ánodo de litio metálico nunca se han intentado en baterías prácticas. Por lo tanto, estábamos muy motivados para ver si el desarrollo de hidruros complejos que exhiben conductividad superiónica de litio a temperatura ambiente puede permitir el uso del ánodo de litio metálico. Y funcionó ".
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Materiales proporcionado por Universidad de Tohoku . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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