LA VOZ DE GOICOECHEA (Por Diego GutiĂ©rrez).- Investigadores del Centro de InvestigaciĂ³n de BaterĂas de PrĂ³xima GeneraciĂ³n de Corea del Sur (KERI) han desarrollado una estructura de carbono y nanopartĂculas de oro que ayuda a evitar la formaciĂ³n de dendritas en las baterĂas de litio-metal.
Investigadores del Centro de InvestigaciĂ³n de BaterĂas de PrĂ³xima GeneraciĂ³n del Instituto de InvestigaciĂ³n ElectrotĂ©cnica de Corea del Sur (KERI) han desarrollado una tecnologĂa para las baterĂas de litio-metal que consigue resolver uno de los principales problemas de este tipo de baterĂas: la temida formaciĂ³n de dendritas.
Durante el proceso de carga de las baterĂas, surgen en la superficie del electrodo unas estructuras metĂ¡licas denominadas dendritas que se extienden por todo el electrolito hasta alcanzar el electrodo opuesto. Su apariciĂ³n entraña riesgos para la seguridad, ya que puede sobrecalentar la baterĂa y hacer que se prenda fuego, y lĂ³gicamente reduce tambiĂ©n las prestaciones de las baterĂa.
El litio puede desarrollar dendritas si no se consigue almacenar de manera uniforme y eficaz durante el proceso de carga/descarga. Esto provoca un gran aumento del volumen del electrodo (expansiĂ³n volumĂ©trica o hinchamiento), lo que a su vez puede acortar la vida Ăºtil de la baterĂa y causar problemas de seguridad provocados por cortocircuitos internos. En el caso de las baterĂas de litio-metal, que utilizan Ă¡nodos con litio metĂ¡lico, esto es un problema importante que ahora parece haberse resuelto.
Los investigadores surcoreanos han desarrollado una estructura de carbono poroso con nĂºcleo hueco y un pequeño nĂºmero de nanopartĂculas de oro dentro del nĂºcleo. En la nueva estructura, el oro controla la direcciĂ³n de crecimiento del litio al reaccionar con Ă©l, induciendo asĂ la deposiciĂ³n de litio en el interior del nĂºcleo. AdemĂ¡s, se forman muchos poros de tamaño nanomĂ©trico para mejorar el movimiento del ion-litio hacia el espacio del nĂºcleo.
Uno de los principales problemas observados en el nĂºcleo hueco era la deposiciĂ³n de litio en la carcasa de carbono conductor, y no en el interior del nĂºcleo, en condiciones de carga de alta potencia. Al ver esto, el equipo del KERI introdujo muchos poros de tamaño nanomĂ©trico en la carcasa y consiguiĂ³ mejorar la eficiencia coulĂ³mbica sin que se produjera el crecimiento de dendritas de Li, incluso en condiciones de carga con alta corriente (5 mA/cm2). Los resultados de las pruebas mostraron que la reducciĂ³n de la longitud de difusiĂ³n del ion-litio en los poros y la mejora de la afinidad del litio por las nanopartĂculas de oro mantenĂan la deposiciĂ³n de litio dentro de la estructura incluso en condiciones de carga de alta corriente.
En un artĂculo publicado en el paper ACS Nano, los investigadores tambiĂ©n señalan que la baterĂa en cuestiĂ³n demostrĂ³ un excelente rendimiento en cuanto a retenciĂ³n de capacidad, consiguiendo mantener el 82,5% de su capacidad despuĂ©s de mĂ¡s de 500 ciclos de carga y descarga con alta intensidad de corriente.
SegĂºn el director de la investigaciĂ³n, Byung Gon Kim, su estudio «tiene un valor incalculable, ya que hemos desarrollado una tĂ©cnica para la producciĂ³n en masa de depĂ³sitos de Li-metal con una alta eficiencia coulĂ³mbica para las baterĂas de Li-metal de recarga rĂ¡pida».
¿QuĂ© son las dendritas?
Las baterĂas de litio-metal utilizan litio metĂ¡lico en lugar de grafito como Ă¡nodo, ya que tiene una capacidad teĂ³rica 10 veces mayor (3.860 mAh/g) que el grafito (372 mAh/g). A pesar de la ventaja de su elevadĂsima capacidad energĂ©tica, las baterĂas de litio-metal tienen ciertos inconvenientes para su comercializaciĂ³n en masa, principalmente debido a problemas de estabilidad y seguridad relacionados con la formaciĂ³n de dendritas.
Las dendritas son pequeñas estructuras rĂgidas que crecen en el interior de una baterĂa de litio como proyecciones en forma de aguja. La formaciĂ³n de las dendritas comienza cuando los iones de litio se agrupan en la superficie del Ă¡nodo, formando una primera partĂcula. La estructura crece lentamente a medida que mĂ¡s iones de litio se van acoplando a ella. Para imaginarlo de una manera mĂ¡s visual, podemos pensar en una estalagmita creciendo desde el suelo de una cueva.
Estas formaciones pueden llegar a perforar el separador que evita que los electrodos (cĂ¡todo y Ă¡nodo) se toquen, y si se tocan, la baterĂa tendrĂ¡ un cortocircuito. AdemĂ¡s, tambiĂ©n provoca un aumento en las reacciones no deseadas entre el litio y el electrolito, en el que estĂ¡n sumergidos estos electrodos y por el que viajan los iones, propiciando un mal funcionamiento de la baterĂa.
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