Diseño compuesto de carbono/ZnO nanoengineado para el alojamiento de metal Li durante el ciclo electroquímico. Crédito: nanotecnología de la naturaleza (2025). Doi: 10.1038/s41565-025-01983-4
Las baterías de metal de litio (Li-Metal) se encuentran entre las alternativas más prometedoras a las baterías recargables de iones de litio (iones de litio) más empleados, ya que podrían almacenar más energía y, por lo tanto, extender la duración de la batería de muchos dispositivos electrónicos. A pesar de su potencial, se ha encontrado que las baterías de metal Li existentes son menos estables que las baterías de iones de litio, al tiempo que exhiben una eficiencia coulombica más baja (CE) y se degradan más rápido con el tiempo.
Además, los electrodos de metal LI integrados en estas baterías tienden a expandirse y contraerse cuando una batería está cargando y descargando. Estos cambios en el volumen pueden provocar grietas y una pérdida de contacto eléctrico, obstaculizando aún más el rendimiento de las baterías.
Investigadores de la Universidad de Shandong, la Universidad de Zhejiang y otros institutos introdujeron recientemente un nuevo material nanoingineado que podría usarse como electrodo en baterías de metal Li, que no se expande ni se encoge durante la carga y descarga. El nuevo material, presentado en un papel Publicado en Nature Nanotechnology, se compone de un óxido de grafeno reducido (RGO), un material delgado que conduce electricidad y óxido de zinc, una cerámica estable y electroquímicamente activa.
“Nuestro trabajo reciente surgió de décadas de frustración en el campo de la batería de metal de litio, a saber, que el material anódico de mayor capacidad falló consistentemente debido a sus cambios de volumen infinitos durante el ciclismo”, dijo Hao Chen, co-senior autor del documento, a Tech Xplore. “Estas fluctuaciones de volumen rompen las interfaces de electrolitos sólidos y provocan una corrosión irreversible, evitando la eficiencia coulombic (CE)> 99.9% esencial para baterías prácticas”.
El objetivo principal de este reciente estudio de Chen y sus colegas fue realizar un material de electrodo que no cambia en el volumen y que aísla completamente el litio de los electrolitos corrosivos dentro de una batería. Se descubrió que el material compuesto que se dieron, basado en RGO y ZnO, provocan la formación de una interfase duradera de electrolitos sólidos (SEI), la capa protectora que separa los electrodos de los electrolitos en las celdas de la batería.
“Diseñamos un anfitrión de RGO & ZNO de cambio completo de la cavidad de cero de capas continua y de capas continuas”, explicó Chen. “Su arquitectura tiene dos características clave. Primero, el recubrimiento/eliminación de LI ocurre completamente dentro de las cavidades rígidas, eliminando la expansión del volumen destructivo. En segundo lugar, una estructura de huésped continua actúa como una armadura a prueba de corrosión, evitando completamente la penetración de electrolitos y el contacto con Li”.
Se descubrió que el material nanoingineado por Chen y sus colegas superan con éxito las limitaciones de los electrodos que se emplean ampliamente en las baterías de metal Li. En las pruebas iniciales, se descubrió que no exhibía cambios en el volumen durante la carga y la descarga, lo cual es altamente deseable y resultó difícil de lograr hasta ahora.
“Nuestro anfitrión permitió el ciclismo Li sin precedentes”, dijo Chen. “Alcanzamos una eficiencia récord de 99.99–99.9999% y una eficiencia coulombica de casi 2,000 ciclos, superando el umbral crítico> 99.9% para las baterías de metal Li viables.
El material de electrodo compuesto diseñado por este equipo de investigadores pronto podría implementarse en baterías de metal Li con diferentes composiciones para evaluar aún más su potencial y rendimiento. En el futuro, podría contribuir al desarrollo de baterías Li-Metal con altas densidades de energía y una vida útil ultra larga.
“Mirando hacia el futuro, estamos escalando este diseño del huésped para las celdas comerciales de la bolsa mientras refinamos los procesos de fabricación”, agregó Chen. “También estamos adaptando su concepto de sellado de cambio de volumen cero a otros químicos de batería (p. Ej., Anodos de metal de sodio) y explorando las integraciones con electrolitos de estado sólido para mejorar aún más la seguridad y la densidad de energía, lo que vaya a acelerar el despliegue del mundo real a través de asociaciones de la industria en los próximos 3-5 años”.
Escrito para usted por nuestro autor Ingrid Fadellieditado por Lisa Locky verificado y revisado por Robert Egan—Este artículo es el resultado de un trabajo humano cuidadoso. Confiamos en lectores como usted para mantener vivo el periodismo científico independiente. Si este informe le importa, considere un donación (especialmente mensual). Obtendrá una cuenta sin anuncios como agradecimiento.
Más información: Lequan Deng et al, un material de electrodo compuesto de óxido de carbono/óxido de zinc nanoengineado para nanotecnología de litio no acuoso eficiente (2025). Dos: 10.1038/s41565-025-01983-4
© 2025 Science X Network
Cita: el material de electrodo nanoingineado aumenta el ciclo y la eficiencia en las baterías LI-metal (2025, 15 de agosto) Consultado el 15 de agosto de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-08-nanoingineered- electrodo-material-boosts-eficiencia.html
Este documento está sujeto a derechos de autor. Además de cualquier trato justo con el propósito de estudio o investigación privada, no se puede reproducir ninguna parte sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona solo para fines de información.
