Recientemente desarrolladas en los EE. UU., las nuevas baterías de iones de litio pueden funcionar bien a temperaturas muy frías y abrasadoras y al mismo tiempo acumulan mucha energía.
Diferente a investigaciones anteriores. centrándose en el ánodolos dispositivos creados por ingenieros de la Universidad de California en San Diego son capaces de soportar temperaturas extremas gracias a un electrólito hecho de una solución líquida de dibutil éter mezclado con una sal de litio.
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En un papel publicado en la revista procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias, los investigadores explican que el éter dibutílico mejora el rendimiento de la batería a temperaturas bajo cero porque sus moléculas se unen débilmente a los iones de litio. En otras palabras, las moléculas de electrolito pueden soltar fácilmente los iones de litio a medida que la batería funciona. Además, el éter dibutílico puede soportar fácilmente el calor porque se mantiene líquido a altas temperaturas y tiene un punto de ebullición de 141 grados centígrados.
En las pruebas, las baterías de prueba de concepto conservaron el 87,5 % y el 115,9 % de su capacidad energética a -40 y 50 grados centígrados, respectivamente. También tenían altas eficiencias de Coulombic del 98,2 % y 98,7 % a estas temperaturas, respectivamente, lo que significa que las baterías pueden sufrir más ciclos de carga y descarga antes de dejar de funcionar.
Esencial para las baterías de última generación
Según Zheng Chen, autor principal del estudio, lo que también tiene de especial este electrolito es que es compatible con baterías de litio-azufreque son un tipo de batería recargable que tiene un ánodo de metal litio y un cátodo de azufre.
Chen explicó que las baterías de litio-azufre son una parte esencial de las tecnologías de baterías de próxima generación porque prometen mayores densidades de energía y menores costos. Pueden almacenar hasta dos veces más energía por kilogramo que las baterías de iones de litio actuales; esto podría duplicar la autonomía de los vehículos eléctricos sin aumentar el peso del paquete de baterías. Además, el azufre es más abundante y menos problemático para la fuente que el cobalto utilizado en los cátodos de las baterías de iones de litio tradicionales.
Sin embargo, existen problemas con las baterías de litio-azufre. Tanto el cátodo como el ánodo son súper reactivos. Los cátodos de azufre son tan reactivos que se disuelven durante el funcionamiento con batería. Este problema empeora a altas temperaturas. Y los ánodos de metal de litio son propensos a formando dendritas que pueden perforar partes de la batería, provocando un cortocircuito. Como resultado, las baterías de litio-azufre solo duran hasta diez ciclos.
“Si desea una batería con alta densidad de energía, generalmente necesita usar una química muy dura y complicada”, dijo Chen. “Alta energía significa que están ocurriendo más reacciones, lo que significa menos estabilidad, más degradación. Hacer una batería de alta energía que sea estable es una tarea difícil en sí misma; tratar de hacer esto a través de un amplio rango de temperatura es aún más desafiante”.
Los científicos notaron que el electrolito de éter dibutílico previene estos problemas, incluso a temperaturas altas y bajas. De hecho, las baterías que Chen y su equipo probaron tenían ciclos de vida mucho más largos que una batería típica de litio-azufre.
“Nuestro electrolito ayuda a mejorar tanto el lado del cátodo como el del ánodo al mismo tiempo que proporciona una alta conductividad y estabilidad interfacial”, dijo.
El equipo también diseñó el cátodo de azufre para que fuera más estable injertándolo en un polímero. Esto evita que se disuelva más azufre en el electrolito.
Dados los resultados positivos que obtuvieron, Chen y su grupo ahora quieren ampliar la química de la batería, optimizarla para que funcione a temperaturas aún más altas y extender aún más el ciclo de vida.
