La ingeniería molecular hace avanzar las baterías de litio-metal y posibilitará dispositivos más seguros y potentes

El auge de los teléfonos, portátiles y otros dispositivos personales en las últimas décadas ha sido posible gracias a las baterías de iones de litio (Li-ion), pero a medida que el cambio climático exige baterías más potentes para vehículos eléctricos y almacenamiento renovable a escala de red, el litio La tecnología de iones podría no ser suficiente.

Las baterías de litio-metal (LMB) tienen capacidades teóricas un orden de magnitud mayor que las de iones de litio , pero un auge más literal ha obstaculizado la investigación durante décadas.

“Un desafío agravante que condenó aún más la primera ola de comercialización de LMB a finales de la década de 1980 fue su propensión a explotar”, escribió en un estudio reciente el profesor Chibueze Amanchukwu de la Escuela Pritzker de Ingeniería Molecular de la Universidad de Chicago.

El estudio, publicado el 9 de noviembre en Matter, describe una forma de solucionar este problema de décadas, utilizando sales fundidas inorgánicas sin disolventes para crear baterías seguras y densas en energía, abriendo nuevas posibilidades para los vehículos eléctricos y el almacenamiento de energía renovable a escala de red.

“Hemos desarrollado un sistema no inflamable y no volátil que es seguro y que de hecho puede mejorar las densidades de energía dos veces (en comparación con Li-ion)”, dijo Amanchukwu.

Las baterías de litio-metal convencionales se basan en un electrolito que se obtiene disolviendo sal de litio en un disolvente. Esos disolventes volátiles e inflamables (no la sal en sí) causaron esos problemas de seguridad.

Para combatir esto, los investigadores probaron diferentes solventes o fases o modificaron la concentración de sal . Siempre fue una compensación: las baterías que utilizaban electrolitos inorgánicos de estado sólido eran más seguras; Las baterías que utilizaban electrolitos líquidos eran más potentes. Los resultados siguieron siendo baterías inseguras o baterías que no estaban a la altura de las enormes capacidades teóricas de las baterías de metal de litio.

El equipo de Amanchukwu adoptó un enfoque novedoso, cuestionando la estructura convencional del propio electrolito.

“La pregunta era, en primer lugar, ¿qué hace el disolvente allí? Simplemente eliminarlo”, dijo Amanchukwu.

El equipo de Amanchukwu convirtió la sal de litio en líquido no disolviéndola, sino derritiéndola. Esto requirió crear una nueva composición de sal que se derrita a bajas temperaturas. El desafío era alcanzar una temperatura en la que la sal de litio se derrita, pero el litio metálico utilizado en otras partes de la batería no.

Para dar una idea del alcance de la tarea, el cloruro de litio puro se funde a poco más de 600 °C. El litio metálico se funde a 180 °C, lo que significa que cualquier electrolito de sal fundida útil tendría que tener un punto de fusión mucho más bajo.

Amanchukwu y su equipo crearon una sal que se derrite a 45° C, lo que dio como resultado una batería potente que puede funcionar de forma segura entre 80 y 100° C.

“Ese era un punto óptimo para estar en el medio, seguir teniendo todos los beneficios de seguridad pero operar a temperaturas que permitieran que fuera líquido”, dijo Amanchukwu.

El grupo de Amanchukwu continúa trabajando en composiciones de sal con puntos de fusión aún más bajos, con el objetivo final de crear una potente batería de litio -metal que funcione de forma segura a temperatura ambiente.

“¿Cómo se puede reducir esto a 25° C o 30° C? Desde el punto de vista de la investigación y la aplicación, hay mucho entusiasmo allí”, dijo Amanchukwu. “Tenemos la oportunidad de crear una batería de gran impacto que ayude a resolver un desafío global clave: el almacenamiento de energía”.

Fuente: Agencia ID.