Una capa fina para proteger las baterías, permitirá la carga en frío

En la búsqueda de una batería fiable, de carga rápida y para clima frío, para automóviles, unos científicos han diseñado una capa auto-ensamblada y delgada de moléculas electroquímicamente activas que podría ser la solución.

"Las baterías de metal litio son la próxima generación de baterías después de las baterías de iones de litio", dijo Donghai Wang, profesor de ingeniería mecánica e investigador clave del Centro de Tecnología de la Batería y Almacenamiento de Energía de Penn State. "Utiliza un ánodo de litio y tiene una mayor densidad de energía, pero tienen problemas de crecimiento dendrítico, baja eficiencia y bajo ciclo de vida".

La solución a estos problemas, según los investigadores, es una monocapa autoensamblable que es electroquímicamente activa para que pueda descomponerse en sus componentes adecuados y proteger la superficie del ánodo de litio.

La batería está compuesta por el ánodo de litio, un cátodo de óxido metálico de litio y un electrolito que también tiene materiales conductores de iones de litio y la capa protectora de película fina. Sin esta capa, la batería tendería a desarrollar espinas de cristal de litio si se cargara rápidamente o en condiciones de frío. Estas espinas de litio acaban por cortocircuitar la batería, disminuyendo enormemente su utilidad y su vida útil.

"La clave es afinar la química molecular para que se auto-ensamble en la superficie", dijo Wang. "La monocapa proporcionará una buena interfaz de electrolito sólido al cargarse, y protegerá el ánodo de litio".

Imagen de las capas en un ánodo de metal de litio para baterías de baja temperatura. (Foto: Donghai Wang, Penn State)

Los investigadores depositan la monocapa en una fina capa de cobre. Cuando la batería se carga, el litio golpea la monocapa y se descompone para formar una capa interfacial estable. Parte del litio se deposita sobre el cobre junto con la capa restante, y la porción descompuesta de la capa original se reforma sobre el litio, protegiéndolo e impidiendo que se formen dendritas de litio.

Según los investigadores, esta tecnología puede aumentar la capacidad de almacenamiento de la batería y puede aumentar el número de veces que la batería puede ser cargada. Sin embargo, en este punto, la batería solo puede ser cargada unos pocos cientos de veces. Los investigadores informaron de su trabajo en un número reciente de Nature Energy.

"La clave es que esta tecnología muestra la capacidad de formar una capa cuando se la necesita y descomponerse y reformarse espontáneamente para que se quede en el cobre y también cubra la superficie del litio", dijo Wang. "Podría ser usada en aviones no tripulados, coches o algunas baterías muy pequeñas usadas para aplicaciones submarinas a bajas temperaturas". (Fuente: NCYT Amazings)