Las baterías de litio fabricadas con este nuevo tipo de electrodo podrían tener una mayor capacidad y ser mucho más seguras que las actuales, basadas en litio metálico que usan lámina de litio como ánodo.
Las baterías de litio son uno de los tipos más comunes de baterías recargables que se utilizan en la electrónica moderna debido a su capacidad para almacenar grandes cantidades de energía.
Tradicionalmente, estas baterías están hechas de electrolitos líquidos combustibles y dos electrodos, un ánodo y un cátodo, que están separados por una membrana. Después de que una batería se haya cargado y descargado repetidamente, pueden crecer hebras de litio llamadas dendritas en la superficie del electrodo.
Las dendritas pueden perforar la membrana que separa los dos electrodos. Esto permite el contacto entre el ánodo y el cátodo, lo que puede provocar un cortocircuito en la batería y, en el peor de los casos, provocar un incendio.
Electrolitos cerámicos sólidos
«Incorporar un ánodo de litio metálico en las baterías de iones de litio tiene el potencial teórico de crear una batería con mucha más capacidad que una batería con un ánodo de grafito», asegura Krzysztof Matyjaszewski, profesor de Carnegie Mellon.
Una solución propuesta para los electrolitos líquidos volátiles utilizados en las baterías actuales es reemplazarlos con electrolitos cerámicos sólidos. Estos electrolitos son altamente conductores, no combustibles y lo suficientemente fuertes como para resistir las dendritas.
Sin embargo, los investigadores han encontrado que el contacto entre el electrolito cerámico y un ánodo de litio sólido es insuficiente para almacenar y suministrar la cantidad de energía necesaria para la mayoría de los componentes electrónicos.
Como se detalla en Joule, Sipei Li y Han Wang, estudiantes de doctorado en la Universidad Carnegie Mellon, pudieron superar esta deficiencia al crear una nueva clase de material que puede usarse como ánodo de metal.
Baterías de alta capacidad para vehículos eléctricos
Li y Wang crearon una matriz compuesta de polímero-carbono de doble conducción que tiene micropartículas de litio distribuidas uniformemente en todas partes. La matriz permanece fluida a temperatura ambiente, lo que le permite crear un nivel suficiente de contacto con el electrolito sólido.
Al combinar el ánodo de metal semilíquido con un electrolito de cerámica sólida a base de granate, pudieron ciclar la celda a una densidad de corriente 10 veces mayor que las celdas con un electrolito sólido y un ánodo de lámina de litio tradicional. La célula también tenía un ciclo de vida mucho más largo que las células tradicionales.
Esta nueva ruta de procesamiento conduce a un ánodo de batería a base de metal litio que es fluido y tiene una seguridad y un rendimiento muy atractivos en comparación con el metal litio ordinario.
Los investigadores creen que su método podría utilizarse para crear baterías de alta capacidad para vehículos eléctricos y baterías especializadas para usar en dispositivos portátiles que requieren baterías flexibles. También creen que sus métodos podrían extenderse más allá del litio a otros sistemas de baterías recargables, incluidas las baterías de metal de sodio y las de metal de potasio.
