Un equipo de científicos y químicos de materiales ha determinado la presión de pila adecuada a la que deben someterse las baterías de metal de litio, o LMB, durante el funcionamiento de la batería para producir un rendimiento óptimo.
El equipo, que incluye investigadores de la Universidad de California en San Diego, la Universidad Estatal de Michigan, el Laboratorio Nacional de Idaho y el Centro de Investigación y Desarrollo de General Motors, presenta sus hallazgos en la edición del 18 de octubre de Nature Energy .
El uso de metal de litio para reemplazar el grafito en los ánodos de las baterías es el objetivo final de parte del campo de I + D de las baterías. Estas baterías de metal de litio (LMB) tienen el potencial de duplicar la capacidad de las mejores tecnologías de iones de litio de la actualidad. Por ejemplo, los vehículos eléctricos que funcionan con baterías de metal de litio tendrían el doble de alcance que los vehículos que funcionan con baterías de iones de litio, para el mismo peso de la batería.
A pesar de esta ventaja sobre las baterías de iones de litio, los LMB no se consideran una opción viable para alimentar vehículos eléctricos o electrónicos, debido a su corta vida útil y a los posibles peligros para la seguridad, específicamente los cortocircuitos causados por el crecimiento de las dendritas de litio. Los investigadores y tecnólogos habían notado que someter a los LMB a presión durante el ciclo de la batería aumenta el rendimiento y la estabilidad, lo que ayuda a resolver este desafío de vida útil. Pero las razones detrás de esto no se entendieron completamente.
“No solo respondimos a esta pregunta científica, sino que también identificamos la presión óptima necesaria”, dijo Shirley Meng, profesora del Departamento de Nanoingeniería de UC San Diego y autora principal del artículo. "También propusimos nuevos protocolos de prueba para el máximo rendimiento de LMB".
En el estudio de Nature Energy , los investigadores utilizaron varias técnicas de caracterización e imágenes para estudiar la morfología de LMB y cuantificar el rendimiento cuando las baterías se sometieron a diferentes presiones.
Descubrieron que los niveles de presión más altos obligan a las partículas de litio a depositarse en columnas ordenadas, sin espacios porosos en el medio. La presión necesaria para lograr este resultado es de 350 kilo Pascal (aproximadamente 3,5 atmósferas). Por el contrario, las baterías sometidas a niveles más bajos de presión son porosas y las partículas de litio se depositan de manera desordenada, dejando espacio para que crezcan las dendritas.
Los investigadores también demostraron que el proceso no afecta la estructura de la interfase de electrolitos sólidos (SEI) de los electrolitos de las baterías.
Pero las instalaciones de fabricación de LMB tendrían que actualizarse para que se aplique esta nueva técnica.
Otra forma de mejorar el rendimiento es no descargar completamente la batería mientras está funcionando. En cambio, los investigadores mantienen una reserva de litio donde puede ocurrir la re-nucleación.
Los hallazgos de los investigadores fueron validados en el Centro de Investigación y Desarrollo de General Motors en Michigan.
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