Las baterías recargables de litio metálico con mayor densidad de energía, rendimiento y seguridad pueden ser posibles con una interfase de electrolitos sólidos SEI recientemente desarrollada, según los investigadores de Penn State.
A medida que aumenta la demanda de baterías de litio-metal de mayor densidad de energía, para vehículos eléctricos, teléfonos inteligentes y drones, la estabilidad del SEI ha sido un problema crítico que detiene su avance debido a una capa de sal en la superficie del litio de la bateríael electrodo lo aísla y conduce iones de litio.
"Esta capa es muy importante y se forma naturalmente por la reacción entre el litio y el electrolito en la batería", dijo Donghai Wang, profesor de ingeniería mecánica y química. "Pero no se comporta muy bien, lo que causa unmuchos problemas "
Uno de los componentes menos entendidos de las baterías de metal de litio, la degradación del SEI contribuye al desarrollo de dendritas, que son formaciones en forma de aguja que crecen a partir del electrodo de litio de la batería y afectan negativamente el rendimiento y la seguridad. Los investigadorespublicó su enfoque de este problema hoy 11 de marzo en Materiales de la naturaleza .
"Esta es la razón por la cual las baterías de litio metálico no duran más: la interfase crece y no es estable", dijo Wang. "En este proyecto, utilizamos un compuesto de polímero para crear un SEI mucho mejor".
Dirigido por el estudiante de doctorado en química Yue Gao, el SEI mejorado es un compuesto de polímero reactivo que consta de sal de litio polimérico, nanopartículas de fluoruro de litio y láminas de óxido de grafeno. La nueva construcción de este componente de la batería tiene capas delgadas de estos materiales, que es dondeThomas E. Mallouk, profesor de química de la Universidad Evan Pugh, prestó su experiencia.
"Se necesita mucho control de nivel molecular para lograr una interfaz de litio estable", dijo Mallouk. "El polímero que diseñaron Yue y Donghai reacciona para formar un enlace en forma de garra a la superficie de metal de litio. Le dala superficie de litio lo que quiere de forma pasiva para que no reaccione con las moléculas en el electrolito. Las nanohojas en el compuesto actúan como una barrera mecánica para evitar que se formen dendritas a partir del metal de litio ".
Utilizando tanto el diseño químico como el de ingeniería, la colaboración entre los campos permitió a la tecnología controlar la superficie de litio a escala atómica.
"Cuando diseñamos baterías, no necesariamente pensamos como químicos, hasta el nivel molecular, pero eso es lo que teníamos que hacer aquí", dijo Mallouk.
El polímero reactivo también disminuye el peso y el costo de fabricación, mejorando aún más el futuro de las baterías de litio metálico.
"Con un SEI más estable, es posible duplicar la densidad de energía de las baterías actuales, mientras se hace que duren más y sean más seguras", dijo Wang.
La Oficina de Tecnologías de Vehículos del Departamento de Energía de EE. UU. Y la National Science Foundation apoyaron este trabajo.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Estado Penn . Original escrito por Erin Cassidy Hendrick. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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