Avance en litio

Jun 11, 2024

El largo tiempo de carga de los vehículos eléctricos (EV) ha supuesto un obstáculo importante para su adopción masiva. Para abordar este problema, el Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) estableció un objetivo de carga rápida de menos de 15 minutos para cargar la batería de un vehículo eléctrico. Sin embargo, las baterías de iones de litio actuales de carga rápida pueden causar problemas como revestimiento de metal de litio y cortocircuitos de dendritas de litio.

Para superar estos desafíos, investigadores del Instituto de Innovación Energética de Maryland (MEI2) de la Universidad de Maryland (UMD) han desarrollado un material de granate monofásico conductor mixto de iones y electrones (MIEC) con conductividades electrónicas y de iones de litio comparables. Cuando se integró en una arquitectura 3D, el material superó el objetivo de carga rápida del DOE en un factor de 10.

La estructura porosa del granate MIEC ayuda a aliviar las tensiones sobre los electrolitos sólidos durante el ciclo, previniendo la formación de dendritas. Los investigadores lograron resultados impresionantes, superando los objetivos de carga rápida del DOE en cuanto a densidad de corriente, capacidad de área por ciclo y capacidad acumulativa a temperatura ambiente sin presión aplicada.

Al utilizar una arquitectura de tres capas con una estructura MIEC porosa que soporta un electrolito de granate denso y delgado, los investigadores lograron una densidad de corriente crítica de 100 mA cm-2 sin cortocircuito de dendritas, un logro sin precedentes. También demostraron el ciclo continuo de celdas de Li simétricas a una densidad de corriente de 60 mA cm-2 con una capacidad máxima de revestimiento y extracción de Li por ciclo seis veces mayor que los cátodos de última generación.

La arquitectura transformadora permitió una capacidad acumulada de revestimiento de Li de 18,5 Ah cm-2, lo que ofrece potencial para 3700 ciclos cuando se combina con un cátodo de última generación. Este avance supera con creces los requisitos de vida útil de las baterías de vehículos eléctricos comerciales, permitiendo ciclos de descarga con una profundidad del 100% todos los días durante diez años.

Se espera que la demostración exitosa del metal Li libre de dendritas de alta tasa en estructuras MIEC 3D impulse avances en baterías prácticas de estado sólido con ánodos libres de Li. La investigación abre nuevas posibilidades para el diseño de baterías recargables de alta energía de próxima generación, revolucionando la industria de los vehículos eléctricos.