Crean batería de litio recargable miles de veces y en minutos

Científicos han desarrollado una nueva batería de litio que puede ser cargada y descargada al menos 6.000 veces manteniendo un rendimiento aceptable, y cuyo proceso de recarga tarda tan solo unos diez minutos.

Este avance es obra de un equipo integrado, entre otros, por Luhan Ye y Xin Li, de la Escuela John A. Paulson de Ingeniería y Ciencias Aplicadas (SEAS) en la Universidad Harvard de Estados Unidos.

Uno de los mayores retos en el diseño de estas baterías es la formación indeseada de dendritas en la superficie del ánodo.

Estas estructuras crecen como raíces en el electrolito y perforan la barrera que separa el ánodo del cátodo, provocando un cortocircuito en la batería o incluso fuego.

Estas dendritas se forman cuando los iones de litio se desplazan del cátodo al ánodo durante la carga, adhiriéndose a la superficie del ánodo.

El proceso en el ánodo crea una superficie irregular y no homogénea, como la placa que se forma a veces sobre los dientes, y permite que las dendritas se afiancen.

Cuando la batería se descarga, ese recubrimiento similar a la placa debe desprenderse del ánodo y, cuando la acumulación en la superficie está muy desnivelada, el proceso de desprendimiento puede ser lento y dar lugar a baches que inducen una acumulación aún más irregular en la siguiente carga.

En 2021, Li y su equipo presentaron una forma de hacer frente a las dendritas diseñando una batería multicapa que intercalaba diferentes materiales de distinta estabilidad entre el ánodo y el cátodo.

Este diseño multicapa y multimaterial impedía en buena medida la penetración de las dendritas de litio. No las detenía del todo, pero las refrenaba.

En esta nueva investigación, Li y su equipo han conseguido impedir que se formen dendritas.

Para ello han recurrido al uso de partículas de silicio de tamaño micrométrico en el ánodo para restringir la reacción problemática y facilitar la acumulación homogénea en una capa gruesa de litio.

En este diseño, cuando los iones de litio se desplazan del cátodo al ánodo durante la carga, la reacción problemática queda restringida a la superficie y los iones se adhieren a la superficie de las partículas de silicio pero no penetran más allá.

Esto difiere notablemente de la química de las baterías de iones de litio típicas, en las que los iones de litio penetran mucho más y acaban destruyendo las partículas de silicio del ánodo.

“En nuestro diseño, el litio pasa a envolver la partícula de silicio, como una cáscara de chocolate duro alrededor de un núcleo de avellana“, explica Li.

Estas partículas recubiertas crean una superficie homogénea a través de la cual la densidad de corriente se distribuye uniformemente, impidiendo el crecimiento de dendritas.

Y, como los procesos son mucho más veloces sobre una superficie homogénea, la batería puede recargarse en tan solo unos 10 minutos.

Los investigadores construyeron una versión de la batería del tamaño de un sello de correos.

La batería conservó el 80% de su capacidad tras 6.000 ciclos de carga y descarga.

Fuente: Nature Materials