Las baterías de iones de litio sin riesgo de explosión pueden resultar prácticas

Los científicos chino-estadounidenses dicen que han desarrollado un nuevo tipo de batería de iones de litio basada en un electrolito a base de agua, que no solo elimina el riesgo de explosión en las baterías de iones de litio tradicionales, sino que también logra una densidad de energía al nivel del litio tradicional. baterías de iones, un gran paso hacia la aplicación práctica de baterías de iones de litio seguras.

Este trabajo fue realizado por el profesor Wangchunsheng de la Universidad de Maryland, el Dr. Yangzhongyin y Xukang, un químico senior del Laboratorio de Investigación del Ejército de los EE. UU. El artículo fue publicado en la revista Joule de American Cell Press.

"Esta es la primera batería de cuatro voltios que logra un electrolito a base de agua. En principio, es un gran avance fundamental", dijeron Yangzhongyin y otros en un correo electrónico a los periodistas. Explicaron que el uso de electrolitos orgánicos altamente inflamables en baterías comerciales convencionales de iones de litio es un grave peligro para la seguridad. El problema de reemplazar electrolitos orgánicos con electrolitos a base de agua no inflamables es que la ventana de estabilización electroquímica de los primeros es generalmente menor de 2 voltios. Una vez que el voltaje del electrodo excede este número, el electrolito pierde estabilidad y, por lo tanto, la densidad de energía es limitada.

La clave del nuevo estudio, explican, es evitar el contacto directo de electrodos de metal litio o grafito con moléculas de agua en un electrolito a base de agua, lo que lleva a la reducción de hidrógeno. Con este fin, desarrollaron un material protector coloidal muy hidrófobo, recubierto uniformemente en la superficie del electrodo, evitando eficazmente el fallo del electrodo causado por la reacción secundaria de descomposición del agua.

Más importante aún, encontraron que en el ciclo inicial de carga y descarga, ciertos componentes de la capa protectora formaron in situ una capa de interfaz de electrolito sólido más densa e hidrófoba en la superficie del electrodo negativo, pasivación adicional de la superficie del electrodo negativo. Y esta capa de interfaz sólida puede repararse a sí misma bajo la condición de daño parcial, lo que garantiza la estabilidad a largo plazo de la batería.

Wangchunsheng y Xukang señalaron que los resultados de la investigación brindan nuevas direcciones e ideas para el desarrollo de una batería segura de iones de litio a base de agua en la ventana de Gaodianya. En el sentido científico básico, "los electrolitos de agua estables de 4 voltios pueden brindar muchas oportunidades nuevas a varios dispositivos electroquímicos". Al mismo tiempo, las baterías de iones de litio a base de agua pueden eliminar los dispositivos de seguridad necesarios en las baterías de iones de litio tradicionales, lo que reduce aún más el peso de los componentes de la batería.

Destacaron que el estudio actual es solo una verificación de concepto en el laboratorio y que aún queda un largo camino por recorrer antes de la comercialización. En el siguiente paso, planean optimizar y mejorar aún más la composición química y la estructura de la batería de la capa de protección de electrolitos, y aumentar la vida útil del ciclo de la batería de los actuales 70 a 100 ciclos al estándar comercial de más de 500 ciclos.

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