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Los científicos encuentran el santo grial de las baterías de vehículos eléctricos

octubre 6, 2021

Aguas de Dougalimágenes falsas

  • Un nuevo artículo presenta por primera vez un diseño estable de batería de metal de litio.
  • Las baterías de iones de litio tienen fallas que las baterías de metal de litio podrían solucionar.
  • Esta nueva batería agrega una tecnología de autorreparación que cerrará las grietas donde se forman las dendritas.

    Las baterías de iones de litio son la columna vertebral de la mayoría de los dispositivos electrónicos actuales, incluidos los vehículos eléctricos. Pero a pesar de todos sus beneficios que cambian el juego, las baterías todavía tienen un defecto inherente: las dendritas. Estos pedazos de litio delgados, serpenteantes y con forma de árbol forman puntas afiladas y terminan perforando la batería, provocando cortocircuitos y otros problemas. En última instancia, esto acorta la vida útil de las baterías de iones de litio y deja un gran margen de mejora.

    Crees que la ciencia es rudo. Nosotros también. Vamos a discutirlo juntos.

    Los científicos se han centrado, entonces, en estudiar la formación de dendrita de litio para ver cómo pueden fabricar baterías mejores y más duraderas para vehículos eléctricos. Ahora, los investigadores de la Universidad de Harvard dicen que tienen la respuesta: un litio-metal batería hecha de un material metálico de estado sólido en lugar de iones de litio, lo que elimina las molestas dendritas y ofrece más estabilidad estructural que una batería que consta de materiales líquidos o de grafito.

    batería de metal de litio

    Si bien el electrolito verde es más estable con el litio, también es más propenso a las dendritas. El electrolito marrón es menos estable con el litio, pero es inmune a las dendritas. Aquí, las dendritas crecen a través del grafito y el electrolito verde, pero se detienen cuando golpean el electrolito marrón.

    Second Bay Studios / Harvard SEAS

    Piense en la nueva batería como un BLT: «Nuestro diseño multicapa tiene la estructura de un electrolito menos estable intercalado entre electrolitos sólidos más estables, lo que evita cualquier crecimiento de dendrita de litio», dicen los científicos en su nuevo estudio, que aparece en Naturaleza.

    Hacer la batería con materiales en su mayoría sólidos ayuda a prevenir la formación de dendritas en más de una forma. Mecánicamente, es mucho más fácil romper una capa delgada de metal o cerámica que penetrar el ánodo de una batería sólida, por ejemplo. Pero este diseño va un paso más allá, contabilizando químicamente cualquier grieta con «descomposiciones generadas dinámicamente» que llenan y detienen las posibles dendritas, dicen los científicos.

    batería de metal de litio

    Piense en la nueva batería como un BLT: el pan es el ánodo de metal de litio, la lechuga es el grafito, los tomates son el primer electrolito y el tocino es el segundo electrolito. Agrega otra capa del primer electrolito y cúbrela con un cátodo.

    Harvard SEAS

    ¿Qué cambia si cambiamos de baterías de iones de litio a baterías de metal de litio? Bueno, las baterías de metal de litio son más ligero, más potente, y más duradero … en un mundo perfecto. Desafortunadamente, cuando los científicos han experimentado con baterías de metal de litio en el pasado, han sido extremadamente inestables y con frecuencia explotaron. Es por eso que los científicos han clamado durante mucho tiempo para estabilizar la batería de metal de litio y traer una versión comercial viable al mercado.

    Reducir o eliminar la formación de dendrita es fundamental para cualquiera de estos diseños, porque eliminar la parte más volátil de la vida útil de la batería reduce en gran medida los resultados adversos. Los científicos de Harvard probaron su batería durante más de 10,000 ciclos de carga, competitivo con la vida útil de un automóvil convencional de combustible fósil y un gran paso adelante. Descubrieron que su diseño aún mantenía el 82 por ciento de su carga después de 10,000 ciclos.

    Del comunicado de prensa de Harvard:

    “Esta tecnología de batería podría aumentar la vida útil de los vehículos eléctricos a la de los automóviles de gasolina, de 10 a 15 años, sin la necesidad de reemplazar la batería. Con su alta densidad de corriente, la batería podría allanar el camino para vehículos eléctricos que pueden cargarse completamente en 10 a 20 minutos ”.

    ¿Qué significa todo esto para el futuro de las baterías y los vehículos eléctricos? Si el diseño funciona según lo planeado, podría abrir la puerta por sí solo a las baterías de metal de litio en el mercado. Para los vehículos eléctricos, el costo de las baterías solo es de miles de dólares, y la reducción de la tasa de fallas, así como el peso de las baterías, podría generar un gran ahorro.

    «Una batería de metal de litio se considera el santo grial de la química de la batería debido a su alta capacidad y densidad de energía», dijo Xin Li de Harvard. dijo al Independiente. «Este diseño de prueba de concepto muestra que las baterías de estado sólido de metal de litio podrían ser competitivas con las baterías comerciales de iones de litio».


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