Composición SEI y caracterización de la estructura. Crédito: Nature Energy (2025). Doi: 10.1038/s41560-025-01733-9
En los últimos años, los investigadores han estado tratando de desarrollar tecnologías de batería cada vez más avanzadas que se puedan cargar más rápido y almacenar más energía, al tiempo que permanecen seguros y estables con el tiempo. Se ha encontrado que las baterías de litio metal (LMB), que contienen un ánodo a base de litio a base de metal, son alternativas prometedoras a las baterías de iones de litio (LIB), que actualmente son las baterías recargables más utilizadas.
Una ventaja clave de las LMB es que pueden almacenar significativamente más energía que LIBS, lo que podría ser ventajoso para vehículos eléctricos y otros productos electrónicos grandes o avanzados. A pesar de su potencial, estas baterías han demostrado ser menos estables y seguras que las libres, al tiempo que se cargan relativamente lentamente; Limitaciones que hasta ahora han evitado su adopción generalizada.
Un equipo de investigación del Instituto de Ciencia y Tecnología Advanced Corea (KAIST) y otros institutos diseñaron recientemente nuevos electrolitos basados en sales orgánicas simétricas, lo que podría ayudar a aumentar el rendimiento de LMB. Se descubrió que sus electrolitos recientemente diseñados, introducidos en un documento en la energía de la naturaleza, mejoran la estabilidad y la velocidad de carga de las LMB, evitando la formación de dendritas (depósitos de litio que causan que el rendimiento de una batería disminuya con el tiempo).
“La realización de LMB requiere un electrolito que combine la no inflamabilidad con alta estabilidad electroquímica”, escribió Akito Sakai, Yosuke Matsumoto y sus colegas en su artículo. “Aunque las tecnologías de electrolitos actuales han mejorado la ciclabilidad de LMB, la fabricación de electrolitos racionales capaz de abordar simultáneamente el rendimiento y la seguridad de alta velocidad sigue siendo un gran desafío. Reportamos un concepto de diseño de electrolitos para permitir LMB de ciclo práctico, seguro y rápido”.
Para crear sus electrolitos, los investigadores agregaron un cristal de plástico iónico llamado 1,1-dietilpirrolidinio bis (fluorosulfonilo) (Pyr2 (2) FSI) a diferentes electrolitos de batería convencionales. Se encontró que la sal orgánica simétrica resultante altera las interacciones entre los iones de litio y otras partículas cargadas, lo que finalmente les permite moverse fácilmente dentro de una batería.
Prueba de llama de E-Pyr2 (2) FSI. Crédito: Nature Energy (2025). Doi: 10.1038/s41560-025-01733-9
“Creamos estructuras de solvatación de aniones en miniatura y LI+ introduciendo sales orgánicas simétricas en varios solventes de electrolitos”, escribió Sakai, Matsumoto y sus colegas. “Estas estructuras exhiben una alta conductividad iónica, barrera de baja desolvatación y estabilización de la interfaz”.
Los investigadores mostraron que sus electrolitos bajan la llamada barrera de desolvación. Como resultado, facilitan que los iones de litio alcancen los electrodos de las baterías, lo que puede afectar positivamente la velocidad de carga de la batería y la vida útil general.
Además, los nuevos electrolitos provocan la formación de una capa protectora estable, conocida como interfase de electrolitos sólidos (SEI) en el ánodo de litio metal. Esta capa protectora previene las reacciones químicas indeseables y la acumulación de litio, que hacen que las baterías se degraden con el tiempo.
El equipo probó sus electrolitos en una serie de pruebas, presentándolos en LMBS, y descubrió que mejoraron la estabilidad y la velocidad del ciclismo de las baterías. Además, los electrolitos no son inflamables, robustos contra el sobrecalentamiento y mucho más seguros que muchos otros electrolitos introducidos en el pasado, lo que podría facilitar su uso práctico futuro.
“Nuestro diseño de electrolitos permite un ciclo estable y rápido de LMB prácticos con alta estabilidad (Lini0.8Co0.1Mn0.1O2 Cell (Li dos veces a excurso): 400 ciclos) y alta densidad de potencia (célula de bolsa: 639.5 W kg-1)”, escribieron los investigadores. “Además, la célula de bolsas LI-Metal sobrevivió a la penetración de uñas, revelando su alta seguridad. Nuestro diseño de electrolitos ofrece un enfoque viable para LMB de ciclo seguro y de ciclo rápido”.
Más información: Jinha Jang et al, solvatación en miniatura Li+ por diseño molecular simétrico para baterías prácticas y seguras de li-metal, energía natural (2025). Doi: 10.1038/s41560-025-01733-9
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Cita: los nuevos electrolitos permiten baterías de litio seguras, estables y de carga rápida (2025, 21 de marzo) Recuperado el 22 de marzo de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-03-electrolytes-enable-safe-stable-stable.html
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