Los científicos de la Universidad de Maryland han sido pioneros en una tecnología para hacer que las baterías de litio sean más seguras y eficientes para los vehículos eléctricos al suprimir el crecimiento de dendritas. Aunque prometedor, existen desafíos futuros en términos de diseño y costos, con una posible implementación comercial para 2026.
Investigadores de ingeniería de Maryland han desarrollado una forma de prevenir daños que afectan a las baterías de litio de próxima generación.
Investigadores de la Universidad de Maryland que se centran en los mecanismos de falla de las baterías de litio han sido pioneros en una tecnología que podría conducir a vehículos eléctricos (EV) más seguros y energéticamente más eficientes. Este avance podría mitigar el riesgo de incendios de baterías, una preocupación clave con las tecnologías de baterías existentes.
Suprimir el crecimiento de dendritas
El método innovador, presentado en un artículo publicado el miércoles en la revista Nature, suprime el crecimiento de dendritas de litio, estructuras dañinas en forma de ramas que crecen dentro de las llamadas baterías de litio de estado sólido, lo que impide que las empresas comercialicen ampliamente esta prometedora tecnología. . Pero este nuevo diseño para una “capa intermedia” de batería, dirigido por el profesor Chunsheng Wang del Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular, interrumpe la formación de dendritas y podría abrir la puerta a la producción de baterías de estado sólido viables para vehículos eléctricos.
Desafíos actuales de la batería
Al menos 750.000 vehículos eléctricos matriculados en Estados Unidos funcionan con baterías de iones de litio, populares por su alto almacenamiento de energía, pero que contienen un componente de electrolito líquido inflamable que arde cuando se sobrecalienta. Si bien ninguna agencia gubernamental rastrea los incendios de vehículos por tipo de automóvil, y los incendios de baterías de automóviles eléctricos parecen ser relativamente raros, plantean riesgos específicos; La Junta Nacional de Seguridad en el Transporte informa que los socorristas son vulnerables a riesgos de seguridad, incluidas descargas eléctricas y exposición a gases tóxicos que emanan de baterías dañadas o quemadas.
Avances en baterías totalmente de estado sólido
Las baterías totalmente de estado sólido podrían conducir a automóviles más seguros que los actuales modelos eléctricos o de combustión interna, pero idear una estrategia para sortear los inconvenientes fue laborioso, dijo Wang. Cuando estas baterías funcionan con las altas capacidades y tasas de carga y descarga requeridas por los vehículos eléctricos, las dendritas de litio crecen hacia el lado del cátodo, provocando cortocircuitos y una disminución de la capacidad.
Él y el asociado postdoctoral Hongli Wan comenzaron a desarrollar una teoría para la formación del crecimiento de dendritas de litio en 2021; sigue siendo un tema de debate científico, dijeron los investigadores.
«Después de que descubrimos esta parte, propusimos la idea de rediseñar las capas intermedias que suprimirían efectivamente el crecimiento de las dendritas de litio», dijo.
Su solución es única debido a la estabilización de las interfaces de la batería entre el electrolito sólido y el ánodo (donde los electrones de un circuito ingresan a la batería) y el electrolito y el cátodo (donde la energía sale de la batería). La nueva estructura de la batería agrega una capa intermedia rica en flúor que estabiliza el lado del cátodo, así como una modificación de la capa intermedia del ánodo con magnesio y bismuto, suprimiendo la dendrita de litio.
“Las baterías de estado sólido son la próxima generación porque pueden lograr alta energía y seguridad. En las baterías actuales, si se logra una alta energía, se sacrifica la seguridad”, afirmó Wang.
Camino a la comercialización
Los investigadores tienen otros desafíos que resolver antes de que el producto llegue al mercado. Para comercializar baterias totalmente de estado sólido, os especialistas terão de reduzir a camada de eletrólito sólido para obter uma espessura semelhante à do eletrólito das baterias de iões de lítio, o que melhorará a densidade de energia – ou a quantidade de energia que a bateria pode almacenar. Los altos costos de los materiales básicos son otro desafío, afirmó el equipo.
Con el objetivo de lanzar nuevas baterías al mercado para 2026, el fabricante de baterías avanzadas Solid Power planea comenzar a probar la nueva tecnología para evaluar su potencial de comercialización. Las investigaciones en curso tienen como objetivo aumentar aún más la densidad energética, dijeron los investigadores.
Referencia: “Diseño de interfaz para baterías de litio de estado sólido” por Hongli Wan, Zeyi Wang, Weiran Zhang, Xinzi He y Chunsheng Wang, 25 de octubre de 2023. Naturaleza.
DOI: 10.1038/s41586-023-06653-w