Científicos de Corea del Sur han desarrollado una tecnología central para garantizar la estabilidad de carga/descarga y una larga vida útil de las baterías de iones de litio de carga rápida.
Un requisito previo crucial para la adopción generalizada de vehículos eléctricos es la mejora del rendimiento de las baterías de iones de litio en términos de autonomía y seguridad. La carga rápida también es esencial para la comodidad del usuario. Sin embargo, aumentar la densidad energética de las baterías de iones de litio requiere electrodos más gruesos, lo que puede provocar la degradación de la batería y el deterioro del rendimiento durante la carga rápida.
Para abordar este problema, el equipo de KERI (Instituto de Investigación Electrotecnológica de Corea) descubrió una solución al recubrir parcialmente la superficie del ánodo de la batería de iones de litio con partículas de óxido de aluminio (Al2O3) más pequeñas que 1 micrómetro. Mientras que muchos investigadores de todo el mundo se han concentrado en los materiales dentro del electrodo, como la introducción de nanotecnología funcional en materiales de ánodo como el grafito, el equipo del doctor Choi Jeong Hee empleó una técnica de procesamiento sencilla para recubrir la superficie del electrodo con óxido de aluminio.
De bajo costo, excelente aislamiento eléctrico y resistencia al calor, químicamente estable y con buenas propiedades mecánicas, el óxido de aluminio se usa ampliamente en diversas cerámicas. Los investigadores de KERI descubrieron que las partículas de óxido de aluminio controlan eficazmente la interfaz entre el ánodo y el electrolito en las baterías de iones de litio, formando una autopista interfacial para un transporte eficiente de Li+. Esto evita la electrodeposición de litio (un cambio irreversible que hace que el litio no esté disponible para cargas y descargas adicionales) durante la carga rápida, asegurando así la estabilidad y la vida útil de la batería de iones de litio durante la carga y descarga.
Otra ventaja de esta tecnología es que permite un aumento en la densidad energética de las baterías de iones de litio. La introducción de otros materiales funcionales en el interior del electrodo para mejorar el rendimiento y la estabilidad a menudo complica el proceso de síntesis y reduce la cantidad de litio reversible (eficiencia coulombiana inicial). También aumenta el espesor del electrodo, lo que lleva a un deterioro del rendimiento en condiciones de carga rápida. Sin embargo, la tecnología KERI implica el tratamiento de la superficie del ánodo de grafito, en lugar de modificar los materiales de grafito activos del interior. Este enfoque logra un rendimiento estable incluso en condiciones de carga rápida para electrodos de película gruesa de alta densidad energética sin una pérdida en la cantidad de litio reversible.
A través de varias pruebas, el equipo confirmó que el ánodo de alta densidad energética recubierto con óxido de aluminio (4,4 mAh/cm2) exhibe un rendimiento de primera clase, manteniendo más del 83,4% de su capacidad (cociente de capacidad residual) incluso después de 500 ciclos de carga rápida. Han verificado este rendimiento con celdas tipo bolsa de hasta 500 mAh. El equipo ahora está planeando ampliar la tecnología para que sea aplicable a celdas de gran área y de capacidad media a grande.
"La carga rápida conveniente y la densidad energética de las baterías de iones de litio se han considerado durante mucho tiempo una compensación, lo que ha obstaculizado la adopción generalizada de vehículos eléctricos", dijo el Dr. Choi. "Nuestro trabajo ayudará a desarrollar baterías de iones de litio estables y de alta densidad energética capaces de cargarse rápidamente. Este avance contribuirá a una adopción más amplia de los vehículos eléctricos y respaldará el logro de la neutralidad de carbono nacional".
La excelencia de este trabajo ha quedado demostrada por los registros de patentes tanto en Corea como en los Estados Unidos. Los hallazgos también se publicaron en una edición reciente de Advanced Functional Materials.
