Home Smartwatch ¿Busca una nueva plataforma de batería? Concéntrate en lo esencial.

¿Busca una nueva plataforma de batería? Concéntrate en lo esencial.

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Cuando nos enfrentamos a muchos de los desafíos de la vida, a menudo elegimos formas complicadas de encontrar soluciones. Sin embargo, tras un examen más detenido, las respuestas suelen ser más simples de lo que esperamos y están arraigadas en la “esencia” subyacente del problema. Este enfoque fue demostrado por un equipo de investigación de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Pohang (POSTECH) en su publicación sobre la solución de los problemas inherentes a las baterías de estado sólido.

Dirigido por el Prof. Byung Woo Kang y el Dr. Ebin Kim (actualmente trabajando para LG Energy Solutions) del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de PostTech, el equipo desarrolló recientemente un electrolito sólido con propiedades únicas. Esta innovación permite una plataforma de batería de estado sólido de metal litio ultradelgada con alta estabilidad y densidad de energía. Sus resultados fueron publicados en Cartas de Energía ACS.

Las baterías de estado sólido, que utilizan electrolitos sólidos en lugar de líquidos para aumentar la densidad de energía y la seguridad, se consideran la próxima generación de baterías y, a menudo, se las denomina “baterías de ensueño”. Entre ellos, un electrolito sólido de óxido de tipo granate (Li7La3Zr2O12 o LLZO) tiene una alta conductividad iónica. Sin embargo, el LLZO es altamente reactivo y forma una capa contaminante (Li2CO3) en su superficie cuando se expone al aire. Esta capa actúa como una barrera resistiva en la construcción de la celda, reduciendo el contacto y las propiedades interfaciales del electrolito y los reactivos, particularmente con el ánodo de metal de litio (Li).

Actualmente, se están explorando varios métodos para resolver estos problemas, como recubrir la superficie de LLZO o utilizar procesos químicos adicionales o tratamientos térmicos post-síntesis. Aunque estos métodos mejoran la situación, no resuelven completamente el problema porque el LLZO se vuelve a liberar a la atmósfera, reformando así la capa contaminante.

El equipo de investigación se centró en el “LLZO” en sí en lugar de desarrollar un proceso de recubrimiento o aditivo eficaz. Centrándose en lo esencial, crearon una tecnología LLZO manejable por aire (AH-LLZO) que mejora simultáneamente la superficie y las propiedades intrínsecas de LLZO, evitando la formación de capas de impurezas.

Los experimentos demostraron que el electrolito sólido tipo granate preparado evitó la formación de una capa contaminante al formar un nuevo compuesto hidrofóbico (Li-Al-O) en la superficie y dentro del material. Como resultado, incluso si se forma una capa de contaminación, ésta apenas reacciona con la humedad del aire, evitando efectivamente que se propague internamente. Este avance mejoró el contacto (y la humectabilidad) con el litio metálico, lo que permitió al equipo desarrollar baterías de litio de estado sólido ultrafinas (~3,43 μm), aproximadamente una décima parte del grosor de un cabello humano.

La importancia de esta investigación radica en la capacidad de producir capas ultrafinas de metal de litio, lo que da como resultado una relación de capacidad de ánodo a cátodo de ~0,176 en baterías de estado sólido mediante un proceso de humectación simple sin pasos complejos de posprocesamiento. Esta innovación permite una reducción significativa en la cantidad de litio metálico utilizada, reduciendo así el peso y el volumen total de la batería y mejorando drásticamente la densidad de energía. Además, la tecnología permite el almacenamiento en aire sin necesidad de manipulación o instalaciones especiales, simplificando el proceso y ampliando las aplicaciones prácticas de los electrolitos sólidos tipo granate.

“Hemos resuelto el problema inherente de la capa de contaminación de LLZO sin necesidad de ningún paso de posprocesamiento”, comentó el profesor Byung-woo Kang. “Seguiremos trabajando en baterías ultrafinas de estado sólido de metal litio que puedan lograr una alta seguridad y una alta densidad de energía”, añadió.

La investigación se llevó a cabo con el apoyo del Programa de Laboratorio de Investigación Básica de la Fundación Nacional de Investigación de Corea y el Proyecto de Desarrollo de Baterías Cerámicas Multicapa (MLCB) del Ministerio de Comercio, Industria y Energía.

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