Investigadores de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Hong Kong (HKUST) han desarrollado recientemente una nueva generación de electrolitos de estado sólido (SSE) para baterías de litio-metal (LMB), que pueden mejorar enormemente la seguridad y el rendimiento.Este descubrimiento puede ayudar a avanzar en el desarrollo de tecnologías de almacenamiento de energía para aplicaciones de baterías como vehículos eléctricos, productos electrónicos portátiles y redes eléctricas.

En comparación con los LMB de electrolitos líquidos tradicionales, los LMB de estado sólido ofrecen mayor seguridad y mayor densidad de energía al reemplazar los electrolitos de solventes orgánicos inflamables con electrolitos sólidos y suprimir un fenómeno dañino llamado crecimiento de dendritas.Presentan un futuro prometedor para el desarrollo de tecnologías de almacenamiento de energía.Sin embargo, su adopción más amplia se ha visto limitada por la baja conductividad iónica y el Li.⁺número de transferencia a temperatura ambiente.

Para abordar este desafío, el equipo de investigación dirigido por el Prof. Kim Yoonseob, profesor asistente del Departamento de Ingeniería Química y Biológica de HKUST, ha desarrollado una estrategia novedosa que combina una clase de estructuras orgánicas covalentes iónicas porosas llamadas (iCOF) con un tipode polímero llamado poli(líquido iónico) (PIL) para fabricar SSE sin disolventes ni plastificantes con alto rendimiento.

Este nuevo compuesto SSE iCOF/PIL logró una conductividad iónica excepcional (hasta 1,50 x 10^â3cm^â1) y capacidad de transporte de iones de litio (> 0,80) a temperatura ambiente.A través de estudios experimentales y computacionales combinados, el equipo reveló que los mecanismos de co-coordinación y coordinación competitiva establecidos entre el PIL, la bis(trifluorometanosulfonil)imida de litio (LiTFSI) y los iCOF permiten un rápido Li⁺transporte restringiendo al mismo tiempo el movimiento de TFSI^â.

Utilizando este SSE avanzado, el equipo fabricó además una celda completa LMB, hecha de SSE compuestos y LiFePO.₄cátodo compuesto, y descubrió que demostraba una capacidad de descarga inicial de 141,5 mAh g^â1a 1 °C y temperatura ambiente, con una impresionante retención de capacidad del 87 % en 800 ciclos.

"Nuestro enfoque innovador demuestra el funcionamiento estable de la celda y muestra una alta capacidad reversible en LMB totalmente de estado sólido por primera vez. Libera el gran potencial de los iCOF para electroquímicos.energíadispositivos de almacenamiento, abriendo nuevos caminos hacia una adopción más amplia de LMB totalmente de estado sólido en una variedad de aplicaciones, desdevehículos eléctricosa la electrónica portátil y a las redes eléctricas", afirmó el profesor Kim.

Este estudio fue una colaboración entre investigadores de HKUST, la Universidad Jiao Tong de Shanghai y la Universidad de Zhejiang en China continental y la Universidad de Hanyang en Corea del Sur.

El trabajo de investigación, titulado "Baterías de metal de litio de estado sólido de alto rendimiento habilitadas por compuestos de estructura orgánica covalente iónica", fuepublicadoenMateriales energéticos avanzados.