Investigadores estadounidenses desarrollan un electrolito sólido delgado
El equipo del Laboratorio Nacional Oak Ridge (ORNL) se ha basado en sus estudios anteriores para este proyecto de investigación más reciente, cuyos resultados se publican ahora ACS Energy Letters. El aglutinante polimérico utilizado anteriormente se ha optimizado ahora para su uso con electrolitos de sulfuro en estado sólido. El estudio tenía como objetivo determinar el mejor grosor de película posible, para optimizar tanto la conducción iónica como la resistencia estructural.
Los electrolitos de estado sólido actuales utilizan un polímero plástico que conduce los iones, pero su conductividad es mucho menor que la de los electrolitos líquidos. Por este motivo, a veces se añaden electrolitos líquidos a los electrolitos poliméricos para mejorar la conductividad, lo que se conoce como electrolitos semisólidos o células de estado semisólido. El ORNL se está centrando en la tecnología de estado completamente sólido para explotar todo el potencial de las celdas de estado sólido, por ejemplo en términos de seguridad, si se omite el electrolito líquido inflamable.
El electrolito sólido de sulfuro utilizado por el ORNL tiene una conductividad iónica comparable a la del electrolito líquido. "Es muy atractivo", afirma Guang Yang, del ORNL. "Los compuestos de sulfuro crean una vía conductora que permite que el litio se mueva de un lado a otro durante el proceso de carga y descarga".
Los investigadores descubrieron que el peso molecular del aglutinante polimérico es fundamental para fabricar películas duraderas de electrolitos en estado sólido. Las películas fabricadas con aglutinantes ligeros con cadenas poliméricas más cortas no tienen la resistencia necesaria para permanecer en contacto con el material electrolítico. En cambio, las películas fabricadas con aglutinantes más pesados con cadenas de polímeros más largas tienen una mayor integridad estructural. Además, se necesita menos aglutinante de cadena larga para producir una buena película conductora de iones. El objetivo del estudio, revela el ORNL, era encontrar el punto "Ricitos de oro", es decir: ni demasiado grueso, ni demasiado fino, sino el justo para soportar tanto la conducción de iones como la resistencia estructural.
"Queremos minimizar el aglutinante polimérico porque no conduce iones", dijo Yang. "La única función del aglutinante es fijar las partículas de electrolito en la película. Utilizar más aglutinante mejora la calidad de la película pero reduce la conducción de iones. A la inversa, utilizar menos aglutinante mejora la conducción de iones pero compromete la calidad de la película".
Se utilizaron diversas investigaciones, desde la espectroscopia de impedancia electroquímica hasta la microscopia electrónica de barrido y la espectroscopia de rayos X, para mejorar la película polimérica y la conductividad. "Al comprender estos detalles, pudimos mejorar la capacidad del electrolito para conducir iones de forma eficaz y mantener su estabilidad", dijo Yang. "Este análisis detallado es vital para desarrollar baterías de estado sólido más fiables y eficientes".
Ahora, la densidad energética debería duplicarse hasta alcanzar "al menos 500 vatios-hora por kilogramo", según el investigador. Las células deberían poder aumentar la densidad energética en los vehículos eléctricos, pero también en los ordenadores portátiles o los smartphones (y por tanto la duración de uso entre dos procesos de carga).
1 Comentario