Nuevos materiales permiten que las baterías de metal litio alcancen un ciclo de vida ultralargo

Zhao Hanbin, reportero del Diario de Ciencia y Tecnología

En el campo de los nuevos materiales energéticos, cómo lograr baterías de metal de litio con mayor densidad de energía, más seguras y duraderas siempre ha sido un problema importante en la comunidad de investigación científica. El 6 de septiembre, el periodista se enteró en la Universidad de Yunnan que el equipo del profesor Guo Hong de la Escuela de Materiales y Energía de la universidad diseñó un nuevo tipo de electrolito polimérico funcionalizado con amida, que proporciona una fuerte garantía para la operación de larga duración de baterías de metal de litio. Los resultados relevantes se publicaron en la revista internacional "Energy and Environmental Science".

En la tecnología actual de almacenamiento de energía que cambia rápidamente, las baterías de metal de litio se consideran una dirección importante de la tecnología de baterías del futuro debido a su alta densidad de energía y su potencial mejora de la seguridad, entre las cuales la optimización del rendimiento de los electrolitos sólidos es particularmente crítica. Aunque los electrolitos poliméricos tradicionales tienen ventajas como un buen contacto de interfaz y un gran potencial para la producción industrial, enfrentan desafíos como propiedades mecánicas insuficientes, baja eficiencia de transmisión de iones de litio (Li+) y poca estabilidad de las interfaces de electrodos o electrolitos en aplicaciones prácticas. Estos problemas restringen seriamente el rendimiento y la vida útil de las baterías de metal litio.

Diagrama esquemático del diseño de materiales funcionalizados con amida. Foto proporcionada por el entrevistado.

En respuesta a estos desafíos, el equipo del profesor Guo Hong propuso una estrategia innovadora de diseño molecular. Mediante la introducción de abundantes sitios amida, se construyó una red supramolecular jerárquica única, que combinó inteligentemente reticulación química permanente y enlaces de hidrógeno reversibles, de modo que el electrolito polimérico tiene una flexibilidad excelente y al mismo tiempo mantiene una alta resistencia mecánica. Más importante aún, la introducción de sitios amida proporciona un canal de transmisión rápido y reversible para los iones de litio, lo que mejora significativamente la conductividad iónica del electrolito. Además, el efecto de predesolvatación de toda la matriz polimérica promueve aún más la eficiencia de transmisión de los iones de litio, haciendo que su migración en el electrolito sea más rápida y uniforme.

Además de un excelente rendimiento de transmisión, este nuevo electrolito polimérico también puede formar una capa de interfaz estable en la superficie del electrodo, previniendo eficazmente la formación de dendritas de litio y la aparición de reacciones secundarias interfaciales. Las dendritas de litio son un problema común en las baterías de metal litio. No sólo provocan cortocircuitos en la batería, sino que también aceleran el proceso de envejecimiento de la batería. Por lo tanto, la estabilidad de esta interfaz doblemente mejorada es crucial para mejorar la seguridad y el ciclo de vida de la batería.

Los resultados experimentales muestran que las baterías de litio metálico que utilizan este nuevo electrolito han demostrado una durabilidad asombrosa en las pruebas de ciclo. En condiciones de carga y descarga completas, la batería con electrodo positivo de fosfato de hierro y litio y electrodo negativo de metal de litio todavía tiene una tasa de retención de capacidad del 96,5% después de 850 ciclos; mientras que la batería con electrodo positivo de óxido de litio y cobalto mantiene el 96,8% de su capacidad tras 300 ciclos.

Se entiende que este nuevo logro es una innovación importante en el diseño de electrolitos de estado sólido, lo que demuestra su gran potencial en aplicaciones prácticas, proporciona nuevas ideas para resolver los numerosos desafíos que enfrentan las baterías de metal de litio y también sienta una sólida base teórica y material. base para el desarrollo futuro de baterías de estado sólido de mayor rendimiento y mayor duración, que tienen amplias perspectivas de aplicación en vehículos eléctricos, sistemas de almacenamiento de energía y otros campos.