Investigadores chinos han creado un nuevo material de cátodo para aumentar el ciclo de vida de las baterías de litio de estado sólido, mejorando potencialmente su viabilidad para aplicaciones comerciales.
El nuevo material logra una conductividad electrónica e iónica más de 1000 veces superior a la de los materiales de cátodo de batería tradicionales
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La investigación fue publicada recientemente en la revista Nature Energy.
El equipo de investigación del Instituto de Bioenergía y Tecnología de Bioprocesos de Qingdao (QIBEBT), de la Academia de Ciencias de China, explicó a la agencia de noticias Xinhua que las baterías de litio de estado sólido que utilizan electrolitos sólidos tienen menos probabilidades de tener fugas y quemarse que las baterías de iones de litio líquido convencionales, que se utilizan ampliamente en vehículos eléctricos, teléfonos móviles y computadoras.
Según Ju Jiangwei, doctor en filosofía del QIBEBT y autor correspondiente de la investigación, su nueva creación permite que las baterías de litio de estado sólido tengan alta conductividad, alta capacidad de descarga específica, pequeño cambio de volumen, alta densidad de energía y largo ciclo de vida en comparación con las baterías de litio sólido anteriores.
Este nuevo material de cátodo homogéneo, que permitirá que las baterías de litio sólido tengan mayor seguridad y rendimiento superior, aún no ha sido nombrado.
Conductividad
Ju afirmó que el nuevo material logra una conductividad electrónica e iónica más de 1000 veces superior a la de los materiales de cátodo de batería tradicionales. Puede soportar ciclos de carga y descarga sin problemas sin aditivos conductores, lo que simplifica el proceso de preparación de la batería y también mejora el rendimiento de la batería de litio de estado sólido.
Ju también destacó que el cambio de volumen del 1,2 por ciento del nuevo material durante la carga y la descarga es más propicio para mantener la estabilidad de la estructura de la batería que el material tradicional, que tiene un cambio de volumen de más del 2,6 por ciento. Incluso después de 5000 ciclos de carga y descarga, la batería del nuevo material aún conserva el 80 por ciento de su capacidad inicial.
La investigación también mencionó que la densidad de energía de la batería del nuevo material de hasta 390 vatios-hora por kilogramo refleja una vida útil más larga de la batería, 1,3 veces mayor que la de las baterías de iones de litio más avanzadas del mercado.
Nueva generación de baterías
Las baterías de litio de estado sólido tienen un enorme mercado en el sector de las baterías eléctricas, y su comercialización exitosa proporcionará un fuerte impulso a la industria automotriz.
Según el equipo de investigación, las baterías de litio de estado sólido son una nueva generación de tecnología de almacenamiento de energía que puede almacenar electricidad proveniente de la energía eólica y solar. Estas baterías pueden ayudar a lograr los objetivos estratégicos de "carbono dual" de China, promover activamente la transformación ecológica y baja en carbono de la economía y la sociedad de China e impulsar la innovación tecnológica ecológica y el desarrollo industrial.
El material original del nuevo material fue observado inicialmente en un artículo publicado por el ganador del Premio Nobel John Bannister Goodenough en 2008. El equipo de investigación descubrió que tendría el potencial de una excelente conductividad iónica. Debido a su compleja composición elemental, el equipo tardó dos años en sintetizar este material original.
"Contrariamente a nuestras expectativas, la conductividad iónica de este material es baja, mientras que la conductividad electrónica es alta. Por lo tanto, primero mejoramos la conductividad iónica dopándolo con germanio, luego intentamos mejorar la conductividad electrónica reemplazando el azufre con selenio, y finalmente obtuvimos el nuevo material", dijo Ju.
Más barata
El equipo de investigación también descubrió que reemplazar el germanio con silicio barato y abundante puede reducir en gran medida el costo de la batería y contribuir a la comercialización de baterías de litio de estado sólido.
"Actualmente estamos preparando este material en pequeños lotes y esperamos lograr una producción a gran escala en dos o tres años. En términos de costo, esperamos desarrollar un nuevo material con menos litio en el futuro. Si tenemos éxito, el costo de las baterías de litio de estado sólido de sulfuro puede reducirse al 30 por ciento del de las baterías de litio líquido", agregó Ju.
Ju señaló que el equipo de investigación también se centrará en el reciclaje de baterías de litio de estado sólido en futuras investigaciones.
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