Un equipo de investigación ha desarrollado una tecnología esencial para garantizar la estabilidad de carga y descarga, así como una larga vida útil de las baterías de iones de litio en condiciones de carga rápida.
por el Consejo Nacional de Investigación de Ciencia y Tecnología
Sus hallazgos se publicaron en Advanced Functional Materials .
Un requisito crucial para la adopción generalizada de vehículos eléctricos (VE) 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 un deterioro del rendimiento durante la carga rápida.
Para abordar este problema, el equipo de KERI descubrió una solución recubriendo parcialmente la superficie del ánodo de la batería de iones de litio con partículas de óxido de aluminio (Al₂O₃ ) de menos de 1 micrómetro. Si bien muchos investigadores a nivel mundial se han centrado en los materiales del electrodo, por ejemplo, introduciendo nanotecnología funcional en materiales de ánodo como el grafito, el equipo del Dr. Choi 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 vía interfacial para un transporte eficiente de Li + . Esto evita la electrodeposición de litio (un cambio irreversible que impide que el litio esté disponible para cargas y descargas adicionales) durante la carga rápida, garantizando así la estabilidad y la vida útil de la batería de iones de litio durante la carga y la descarga.
Otra ventaja de esta tecnología es que permite aumentar 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 suele complicar el proceso de síntesis y reducir la cantidad de litio reversible (eficiencia culómbica inicial). Además, aumenta el grosor del electrodo, lo que reduce su rendimiento en condiciones de carga rápida.
Sin embargo, la tecnología KERI implica el tratamiento superficial del ánodo de grafito, en lugar de modificar los materiales de grafito activo internos. Este enfoque logra un rendimiento estable incluso en condiciones de carga rápida para electrodos de película gruesa de alta densidad energética, sin pérdida de litio reversible.
Mediante diversas pruebas, el equipo confirmó que el ánodo de alta densidad energética recubierto de óxido de aluminio (4,4 mAh/cm² ) presenta un rendimiento excepcional, manteniendo más del 83,4 % de su capacidad (coeficiente 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 planea ahora ampliar la tecnología para que sea aplicable a celdas de gran superficie y de capacidad media a alta.
El equipo de investigación estuvo dirigido por el Dr. Choi Jeong Hee en el Centro de Investigación de Materiales y Procesos de Baterías del Instituto de Investigación de Electrotecnología de Corea (KERI), en cooperación con un equipo de la Universidad de Hanyang asesorado por el profesor Lee Jong-Won y un equipo de la Universidad de Kyunghee asesorado por el profesor Park Min-Sik.
«La comodidad de la carga rápida y la densidad energética de las baterías de iones de litio se han considerado durante mucho tiempo un equilibrio, lo que ha dificultado la adopción generalizada de vehículos eléctricos», afirmó el Dr. Choi. «Nuestro trabajo contribuirá al desarrollo de baterías de iones de litio estables, de alta densidad energética y con capacidad de carga rápida. Este avance contribuirá a una mayor adopción de vehículos eléctricos y contribuirá al logro de la neutralidad de carbono a nivel nacional».
Se han registrado patentes tanto en Corea como en Estados Unidos.
Más información: Jeong-Hee Choi et al., Estrategia multiinterfaz para la adaptación de electrodos hacia baterías de iones de litio de carga rápida, Advanced Functional Materials (2024). DOI: 10.1002/adfm.202400414
