Un poco de cepillado puede ser el secreto para hacer mejores baterías de litio recargables.
El laboratorio del químico James Tour de la Universidad de Rice introdujo una técnica para ajustar la superficie de los ánodos de las baterías simplemente rociándolos con polvos. El polvo se adhiere al ánodo y se convierte en una fina capa litiada que previene eficazmente la formación de dendritas dañinas.
Un polvo de fósforo y azufre molido en la superficie de una lámina metálica de litio demostró que su energía superficial puede ajustarse sin necesidad de disolventes tóxicos. Los ánodos así modificados y combinados con cátodos de óxido de fosfato de hierro y litio en las celdas de prueba mostraron que retenían un 70% más de capacidad después de 340 ciclos de carga y descarga que las baterías estándar.
El estudio aparece en Materiales avanzados.
«Esto simplificaría la fabricación de baterías de alta capacidad y las mejoraría enormemente», dijo Tour. «Lijar estos sólidos en polvo en un ánodo de metal de litio reduce drásticamente la formación de dendritas que pueden provocar un cortocircuito en una batería, así como el consumo acelerado de los materiales».
El autor principal y estudiante graduado de Rice, Weiyin Chen, y sus colegas de laboratorio aplicaron la fuerza necesaria para probar una variedad de candidatos en polvo en sus electrodos. Primero cepillaron la superficie para darle textura, luego aplicaron polvo para crear una película fina que reacciona con el metal de litio y forma una capa de pasivación sólida.
Chen y el coautor Rodrigo Salvatierra, exinvestigador postdoctoral y ahora visitante académico en el laboratorio Tour, construyeron baterías de prueba y determinaron que los ánodos tratados retenían una polarización ultrabaja (otra característica dañina de las baterías de iones de litio) durante más de 4000 horas. , unas ocho veces más que los ánodos de litio desnudos.
Tour dijo que los polvos sintonizan efectivamente la energía superficial de los electrodos, lo que hace que el comportamiento sea más uniforme en todo el material.
«Esto proporciona una superficie compuesta de metal que evita la pérdida de metal de litio del ánodo, un problema común en las baterías de metal de litio», dijo Tour. «Las baterías de metal de litio superan con creces la capacidad de las baterías de iones de litio tradicionales, pero el metal de litio suele ser difícil de recargar repetidamente».
«El polvo en la superficie del metal de litio produce una capa de pasivación artificial que mejora la estabilidad a lo largo de los ciclos de carga y descarga», dijo Chen. «Usando este método de cepillado, la superficie metálica se estabiliza para que pueda recargarse de manera segura».
Para mostrar que la técnica puede tener una aplicación más amplia, el laboratorio también molió polvo en un electrodo de sodio y descubrió que el proceso estabilizó en gran medida su sobrepotencial de voltaje.
El estudio se alinea con el reciente descubrimiento del ingeniero mecánico C. Fred Higgs III de Tour y Rice de que lijar ciertos polvos en las superficies puede hacerlas superhidrofóbicas o altamente resistentes al agua.
Los coautores del artículo son los alumnos de Rice, John Li y Duy Luong; los estudiantes graduados Jacob Beckham, Nghi La y Jianan Xu, y el visitante académico Victor Li. Tour es el titular de la Cátedra TT y WF Chao de Química, así como profesor de informática y de ciencia de los materiales y nanoingeniería en Rice.
La Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea (FA9550-19-1-0296) apoyó la investigación.
Fuente de la historia:
Materiales proporcionado por Universidad de arroz. Original escrito por Mike Williams. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
