Las baterías de metal potasio (PMB) están ganando atención como una alternativa rentable a las baterías de iones de litio, gracias a la abundancia del potasio y a sus propiedades químicas similares.Sin embargo, problemas como el crecimiento incontrolado de dendritas y la inestabilidad interfacial socavan el rendimiento y la seguridad de los PMB, lo que plantea un desafío importante que exige nuevas soluciones para estabilizar la interfaz del ánodo y prevenir la formación de dendritas.

Investigadores de la Universidad Northeastern y sus colaboradores.publicadosus hallazgos en la revistaeCiencia.Su estudio, "Realización de un ánodo de potasio metálico sin dendritas mediante química de prehumectación reactiva", presenta un enfoque novedoso para construir una capa de interfaz híbrida rica en KF/Zn enpotasiometal.

Esta interfaz mejora la dinámica del transporte de iones y electrones, lo que resulta en unaánodocon rendimiento electroquímico mejorado y estabilidad prolongada durante 2000 horas de ciclismo.

El equipo desarrolló una capa de interfaz híbrida KF/Zn sobre ánodos metálicos de potasio utilizando una técnica de prehumedecimiento reactivo que aumenta la estabilidad y eficiencia de la batería.El fluoruro de potasio (KF) sirve como una robusta barrera de túnel de electrones que frena el crecimiento de dendritas, mientras que los nanocristales de zinc (Zn) mejoranconductividad eléctricay transporte de iones.Esta interfaz de doble capa estabiliza el ánodo, facilitando un flujo continuo de iones y electrones, crucial para el rendimiento de la batería a largo plazo.

El estudio demostró que las baterías con ánodo KF/Zn@K mantuvieron más de 2000 horas de ciclo estable con una fluctuación de voltaje mínima y permanecieron libres de dendritas.Las celdas de batería completa que utilizan este ánodo también exhibieron una alta capacidad reversible de 61,6 mAh/g a 5 C durante más de 3000 ciclos, lo que marca un paso significativo hacia baterías de potasio metálico más seguras y de alto rendimiento para el almacenamiento de energía a gran escala.

"Nuestra investigación ofrece una solución sencilla pero eficaz al persistente problema del crecimiento de dendritas en las baterías de potasio metálico", afirmó el Dr. Wen-Bin Luo, investigador principal."Al diseñar una capa de interfaz híbrida que equilibra el transporte de iones y electrones, no sólo mejoramos el rendimiento de la batería sino que también mejoramos significativamente la seguridad, haciendo que los PMB sean más viables para aplicaciones generalizadas de almacenamiento de energía".

La llegada de un ánodo metálico de potasio libre de dendritas presenta nuevas oportunidades para PMB más seguros y confiables, lo que podría ser fundamental para los sistemas de almacenamiento de energía a gran escala.Este avance aborda desafíos críticos de seguridad y ofrece un enfoque escalable para impulsar ladensidad de energíay la vida útil de las baterías futuras, revolucionando potencialmente el campo de las tecnologías de almacenamiento de energía renovable.

Más información:Lu-Kang Zhao et al, Realización de un ánodo de potasio metálico sin dendritas mediante química de prehumectación reactiva,eCiencia(2023).DOI: 10.1016/j.esci.2023.100201

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