En los últimos años, las baterías se han vuelto omnipresentes en la vida diaria de los consumidores. Sin embargo, las tecnologías de baterías comerciales existentes, que utilizan electrolitos líquidos y ánodos carbonosos, tienen algunos inconvenientes, como problemas de seguridad, vida útil limitada y densidad de energía insuficiente, especialmente a altas temperaturas.
Sin embargo, existe una necesidad creciente de baterías que puedan funcionar en condiciones extremas, como las altas temperaturas requeridas en diversos sectores industriales, incluida la esterilización de dispositivos médicos, la exploración de superficies y los reactores térmicos.
Esto ha llevado a los investigadores a buscar electrolitos sólidos seguros y compatibles con ánodos de metal de litio, conocidos por sus altas capacidades teóricas de energía específica.
Un equipo de investigación dirigido por el profesor Dong-Myung Shin del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Hong Kong (HKU) ha desarrollado una nueva generación de baterías de metal litio, lo que representa un avance significativo en este campo. Su innovación se centra en electrolitos de polímero sin microfisuras, parte integral de estas baterías, que prometen una vida útil más prolongada y una protección mejorada a temperaturas elevadas.
Los resultados se publican en la revista. ciencia avanzada con el título “Transportes selectivos de Li+ asistidos por membranas de polímeros de red aniónica sin microfisuras para baterías de metal de litio de ciclo largo”.
Los electrolitos poliméricos sin microfisuras desarrollados por el equipo del profesor Shin se sintetizan mediante una sencilla reacción de clic de un solo paso, exhiben propiedades notables que incluyen el crecimiento de dendritas y la no combustibilidad, exhiben una alta ventana de estabilidad electroquímica de hasta 5 V y una conductividad iónica. 3,1 × 10−5 S·cm−1 a altas temperaturas.
Estas mejoras se atribuyen a los aniones borato unidos dentro de la membrana libre de microfisuras, lo que facilita el transporte selectivo acelerado de iones Li+ y suprime la formación de dendritas. Finalmente, estas membranas de polímero de red aniónica permiten que las baterías de metal litio funcionen como dispositivos seguros de almacenamiento de energía de ciclo largo a altas temperaturas, con una retención de capacidad del 92,7 % y una eficiencia Coulombic promedio del 99,867 % durante 450 ciclos a 100 °C. Generalmente, el rendimiento cíclico de las baterías convencionales de electrolito líquido Li metálico es inferior a 10 ciclos a altas temperaturas.
El avance del equipo de investigación potencialmente allana el camino para futuros avances en el diseño de electrolitos de polímeros aniónicos para baterías de litio de próxima generación.
“Creemos que este descubrimiento abre la puerta a nuevas químicas de baterías que podrían revolucionar las baterías recargables para aplicaciones de alta temperatura, enfatizando la seguridad y la longevidad”, dijo el Dr. Jingyi Gao, primer autor del artículo.
“Además de las aplicaciones en condiciones de alta temperatura, las membranas de electrolitos sin microfisuras también tienen el potencial de permitir una carga rápida debido a bajos sobrepotenciales. Esta capacidad permite que los vehículos eléctricos se recarguen mientras beben una taza de café, lo que marca un avance significativo hacia una economía limpia. futuro energético”, añadió el profesor Shin.