El profesor Sujin Park, la candidata a doctorado Seoha Nam y la Dra. Hye Bin Sun del Departamento de Química de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Pohang (POSTECH) han logrado un gran avance en la creación de una batería basada en electrolitos de gel que es estable y ambas son comerciales. . Su investigación ha sido publicada recientemente en una revista internacional. pequeño.
Las baterías de iones de litio se utilizan ampliamente en dispositivos electrónicos portátiles y almacenamiento de energía, incluidos los vehículos eléctricos. Sin embargo, los electrolitos líquidos utilizados en estas baterías plantean un importante riesgo de incendio y explosión, lo que ha impulsado esfuerzos de investigación en curso para encontrar alternativas más seguras. Una alternativa es la batería de estado semisólido, que representa un término medio entre las tradicionales baterías de iones de litio con electrolitos líquidos y las baterías de estado sólido. Al utilizar un electrolito similar a un gel, estas baterías ofrecen mejor estabilidad, densidad de energía y una vida útil relativamente larga.
La fabricación de electrolitos en gel suele implicar un tratamiento térmico prolongado a altas temperaturas, lo que puede degradar el electrolito, reducir el rendimiento de la batería y aumentar los costos de producción. Además, la resistencia de la interfaz entre el electrolito semisólido y el electrodo es un desafío en el proceso de fabricación. Estudios anteriores se han enfrentado a limitaciones a la hora de aplicar directamente sus hallazgos a las líneas de producción de baterías comerciales existentes debido a métodos de fabricación complejos y problemas de aplicaciones a gran escala.
El equipo del profesor Sujin Park abordó estos desafíos utilizando un aditivo reticulable bifuncional (CIA), hexaacrilato de dipentaeritritol (DPH), en combinación con tecnología de haz de electrones (e-beam). Los procesos convencionales de fabricación de baterías de tipo bolsa incluyen pasos de preparación de electrodos, inyección y ensamblaje de electrolitos, activación y desgasificación. Sin embargo, los investigadores ampliaron la funcionalidad dual del DPH simplemente introduciendo un paso adicional de irradiación con haz de electrones después del proceso de desgasificación. La CIA actuó como reticulante para facilitar una interfaz estable entre las superficies del ánodo y el cátodo durante la activación y para formar una estructura polimérica durante el proceso de irradiación con haz de electrones.
La batería tipo bolsa del equipo, que utiliza un electrolito de gel, reduce significativamente la producción de gas debido a las reacciones secundarias de la batería durante el proceso inicial de carga y descarga, logrando una reducción de 2,5 veces en comparación con las baterías convencionales. Además, redujo efectivamente la resistencia interfacial debido a la fuerte compatibilidad entre los electrodos y el electrolito en gel.
A continuación, los investigadores desarrollaron una batería de alta capacidad de 1,2 Ah (amperios-hora) y probaron su rendimiento a 55 grados Celsius, un ambiente que acelera la descomposición de electrolitos. En esta condición, las baterías que utilizan electrolitos convencionales experimentaron una producción sustancial de gas, lo que provocó una rápida pérdida de capacidad y la batería se hinchó después de 50 ciclos. Por el contrario, la batería del equipo no produjo gas y mantuvo una capacidad de 1 Ah incluso después de 200 ciclos, lo que indica su mayor seguridad y durabilidad.
Esta investigación es particularmente importante porque permite que tanto la seguridad como la comercialización de baterías basadas en electrolitos de gel se produzcan rápidamente en masa dentro de las líneas de producción de baterías de bolsa existentes.
“Este avance en estabilidad y viabilidad comercial está preparado para un gran avance en la industria de los vehículos eléctricos”, comentó el profesor Sujin Park de POSTECH. “Esperamos que este desarrollo beneficie no sólo a los vehículos eléctricos sino también a una amplia gama de otras aplicaciones que dependen de las baterías de iones de litio”, añadió.
Esta investigación fue apoyada por el Programa de Investigación a Mitad de Carrera de la Fundación Nacional de Investigación de Corea.
