Los investigadores utilizaron una técnica llamada «spin coating» para recubrir la superficie del ánodo.
(WORLD ENERGY TRADE).- Investigadores del Instituto de Ciencia y Tecnología de Gwangju, en Corea del Sur, han desarrollado un método para reforzar los ánodos de las baterías de iones de litio, haciéndolos más resistentes a los cambios de volumen.
En un artículo publicado en la revista Journal of Materials Chemistry A, los científicos explican que los cambios en el volumen de los ánodos están causados por múltiples ciclos de carga y descarga que degradan los contactos eléctricos. El resultado final de estos cambios es una reducción tanto de la capacidad como de la vida útil de la batería.
MEJORANDO LA VIDA ÚTIL DE LAS BATERÍAS DE IONES DE LITIO
El estudio expone que el principal factor que acorta la vida útil de los ánodos de gran capacidad de almacenamiento de las baterías de iones de litio es el gran cambio de volumen durante el ciclo, que provoca una dilapidación estructural incontrolada y la degradación del contacto eléctrico.
Para superar este reto, se diseñó por primera vez un robusto compuesto híbrido de óxidos metálicos de magnesio y galio añadidos (MGZO) y óxido de grafeno reducido (rGO) mediante un proceso de post-electrodo (PEE) ampliamente aplicable y versátil.
Lo que ocurre es que, durante la carga, los iones de litio se desplazan desde el cátodo y se combinan con las nanopartículas del ánodo. Durante la descarga, los iones de litio vuelven al cátodo. Con el tiempo, las nanopartículas del ánodo se agrietan y se agrupan en la interfaz electrodo-electrolito. Esto provoca una desconexión eléctrica que reduce la cantidad de carga que el ánodo puede almacenar o transportar.
El método desarrollado por los investigadores coreanos resuelve estos problemas encapsulando las nanopartículas en una estructura elástica en forma de red.
«SPIN COATING»
Para demostrar su método, el equipo utilizó un ánodo convencional que contenía nanopartículas de silicio unidas por un aglutinante de polímero (fluoruro de polivinilideno). Para dar cabida a la estructura en forma de red, eliminaron el aglutinante calentando el ánodo mediante un proceso de recocido.
A continuación, el espacio entre las nanopartículas se rellenó con una solución de rGO, que se secó para formar una red que mantenía unidas las nanopartículas de silicio y evitaba que se resquebrajaran. Además, la red proporcionó una vía de conducción para los electrones, permitiendo que las nanopartículas se unieran al litio.
Los investigadores utilizaron una técnica llamada «spin coating» para recubrir la superficie del ánodo con rGO. El recubrimiento de rGO sirvió como capa inicial para la deposición de una capa protectora formada por óxido de zinc con óxidos metálicos de magnesio y galio añadidos (MGZO). Esta capa de MGZO proporcionó estabilidad estructural al ánodo.
Tras las pruebas, el ánodo modificado fue capaz de retener la mayor parte de su carga incluso después de varios ciclos de carga y descarga.
«La estructura conservó una elevada capacidad de almacenamiento de 1566 mA h g-1 después de 500 ciclos y mostró un 91% de eficiencia coulómbica, lo que se relaciona con la vida útil de la batería. Esto podría allanar el camino para los vehículos eléctricos que nos permiten conducir largas distancias con una sola carga», dijo Hyeong-Jin Kim, coautor del estudio, en una declaración a los medios.
Según Kim, aunque él y sus colegas utilizaron un ánodo de silicio, el método desarrollado es aplicable a otros materiales para ánodos, como Sn, Sb, Al y Mg. Además, los ánodos pueden modificarse independientemente de cómo se hayan fabricado, lo que lo convierte en un método de aplicación universal para mejorar la vida de las baterías.
Nota de WORLD ENERGY TRADE
