Investigadores del Instituto Qingdao de Bioenergía y Tecnología de Bioprocesos (QIBEBT) de la Academia de Ciencias de China, junto con colaboradores de importantes instituciones internacionales, han introducido una innovadora estrategia de homogeneización de cátodos para baterías de litio de estado sólido (ASLB).

Este nuevo enfoque, detallado en su reciente publicación enEnergía de la naturalezael 31 de julio, mejora significativamente el ciclo de vida y la densidad energética de los ASLB, lo que representa un avance importante en la tecnología de almacenamiento de energía.

Los ASLB actuales enfrentan desafíos debido a los cátodos compuestos heterogéneos, que requieren aditivos electroquímicamente inactivos para mejorar la conducción.Estos aditivos, si bien son necesarios, reducen la densidad de energía y el ciclo de vida de las baterías debido a su incompatibilidad con los cátodos de óxido en capas, que sufren cambios sustanciales de volumen durante el funcionamiento.

Los investigadores han desarrollado una solución: una estrategia de homogeneización del cátodo que utiliza un material de tensión cero, Li_1,75Ti₂(Ge_0,25PAG_0,75S_3.8sí_0,2)₃(LTG_0,25PSSe_0,2).Este material exhibe una excelente conductividad mixta iónica y electrónica, lo que garantiza un transporte de carga eficiente durante todo el proceso de (des)carga sin la necesidad de aditivos conductores adicionales.

El LTG_0,25PSSe_0,2El material muestra métricas de rendimiento impresionantes, incluida una capacidad específica de 250 mAh g.¹y un cambio de volumen mínimo de sólo el 1,2%.Un cátodo homogéneo fabricado íntegramente de LTG_0,25PSSe_0,2permite que los ASLB a temperatura ambiente alcancen más de 20 000 ciclos de funcionamiento estable y una alta densidad de energía de 390 Wh kg^â1a nivel celular.

"Nuestra estrategia de homogeneización de cátodos desafía la heterogeneidad convencionalcátodo"Al eliminar la necesidad de aditivos inactivos, mejoramos la densidad de energía y extendemos el ciclo de vida de la batería"."Este enfoque cambia las reglas del juego para los ASLB", comentó el Dr. Zhang Shu, coprimer autor del estudio de SERGY.

"La combinación de una alta densidad de energía y un ciclo de vida prolongado abre nuevas posibilidades para el futuro del almacenamiento de energía".

El profesor Ju Jiangwei, coautor del estudio de SERGY, añadió: "Las métricas de estabilidad y rendimiento del material son impresionantes, lo que lo convierte en un fuerte candidato paraaplicaciones comercialesen vehículos eléctricos y sistemas de almacenamiento de energía a gran escala".

Este avance está respaldado por pruebas exhaustivas y cálculos teóricos.Estos análisis confirman la estabilidad electroquímica y mecánica de los cátodos homogéneos, sin mostrar reacciones químicas adversas ni aumentos significativos de la resistencia después de ciclos prolongados.

Más allá de las ASLB, otros tipos de baterías, incluidas las de sodio de estado sólido,baterías de iones de litio, las baterías de litio-azufre, las baterías de iones de sodio y las pilas de combustible también enfrentan desafíos con electrodos heterogéneos.Estos sistemas a menudo sufren de incompatibilidades mecanoquímicas y electroquímicas, lo que crea importantes cuellos de botella y degrada el rendimiento general de la batería.

"El potencial de comercialización dealta densidad de energíaLos ASLB ahora son más alcanzables", añadió el profesor Cui Guanglei, director de SERGY. "Nuestra estrategia universal para diseñar cátodos homogéneos multifuncionales puede superar las barreras de energía, potencia y vida útil en el almacenamiento de energía, allanando el camino para aplicaciones del mundo real".

Al abordar los desafíos clave en los ASLB, esta estrategia sienta las bases para futuras innovaciones en la tecnología de almacenamiento de energía.El equipo planea explorar más a fondo la escalabilidad del LTG._0,25PSSe_0,2material y su integración en prácticos sistemas de baterías.

Este trabajo representa un hito importante en la tecnología de baterías y ofrece una perspectiva prometedora para avances futuros.Se espera que el enfoque innovador del equipo influya en la investigación y el desarrollo futuros en el campo del almacenamiento de energía, proporcionando una base sólida para la próxima generación de baterías de alto rendimiento.