Comparación de la estabilidad interfacial de electrodos-electrolitos entre el sistema IEE y QSSE convencional. Crédito: Postech
A medida que la demanda aumenta las baterías que almacenan más energía y duran más (vehículos eléctricos, potenciadores, drones y sistemas de almacenamiento de energía, un equipo de investigadores surcoreanos ha introducido un enfoque para superar una gran limitación de las baterías de iones de litio convencionales (LIB): interfaces inestables entre electrodos y electrolitos.
La mayoría de las electrónicas de consumo de hoy, como los teléfonos inteligentes y las computadoras portátiles, en baterías a base de grafito. Si bien el grafito ofrece estabilidad a largo plazo, se queda corto en capacidad energética.
El silicio, por el contrario, puede almacenar casi 10 veces más iones de litio, por lo que es un prometedor material anódico de próxima generación. Sin embargo, el principal inconveniente de Silicon es su dramática expansión y contracción del volumen durante la carga y el alta, hinchando hasta tres veces su tamaño original.
Esta expansión y contracción repetidas provocan brechas mecánicas entre el electrodo y el electrolito, degradando rápidamente el rendimiento de la batería.
Para abordar esto, los investigadores han explorado el reemplazo de electrolitos líquidos con electrolitos sólidos o cuasi-solides (QSSE), que ofrecen una mejor seguridad y estabilidad. Sin embargo, QSSE todavía lucha por mantener el contacto total con el silicio en expansión y contratación, lo que lleva a la separación y la pérdida de rendimiento con el tiempo.
Ahora, un equipo de investigación colaborativo de Postech (Universidad de Ciencia y Tecnología de Pohang) y la Universidad de Sogang ha desarrollado un sistema de electrodo-electrolito (IEE) entrelazado in situ que forma enlaces químicos covalentes entre el electrodo y el electrolito.
El trabajo se publica en Advanced Science.
A diferencia de las baterías convencionales donde los componentes simplemente se tocan, el sistema IEE une a los dos en una estructura químicamente enredada, como los ladrillos unidos por mortero endurecido, por lo que permanecen fuertemente conectados incluso bajo un estrés mecánico intenso.
Las pruebas de rendimiento electroquímicas mostraron una diferencia dramática: mientras que las baterías tradicionales perdieron capacidad después de solo unos pocos ciclos de carga de carga, aquellos que usan el diseño IEE mantuvieron la estabilidad a largo plazo.
En particular, la célula de bolsa basada en IEE demostró una densidad de energía de 403.7 wh/kg y 1.300 WH/L, lo que representa una densidad de energía gravimétrica más 60% mayor y casi el doble de la densidad de energía volumétrica en comparación con las libs comerciales típicas. En términos prácticos, esto significa que los vehículos eléctricos pueden viajar más lejos y los teléfonos inteligentes pueden funcionar más tiempo utilizando la batería del mismo tamaño.
“Este estudio ofrece una nueva dirección para los sistemas de almacenamiento de energía de próxima generación que exigen simultáneamente una alta densidad de energía y durabilidad a largo plazo”, dijo el profesor Soojin Park de Postech, quien dirigió el estudio.
El profesor Jaegeon Ryu de la Universidad de Sogang agregó: “La estrategia IEE es una tecnología clave que podría acelerar la comercialización de baterías a base de silicio al mejorar significativamente la estabilidad interfacial”.
Más información: Dong -Yeyeob Han et al, interfaz electrodo -electrolito entrelazado covalentemente para baterías de iones de litio cuasi -sólido de alta densidad de energía, ciencia avanzada (2025). Doi: 10.1002/advs.202417143
Proporcionado por la Universidad de Ciencia y Tecnología de Pohang
Cita: Electrodos entrelazados empuje la vida útil de la batería de silicio más allá de los límites (2025, 14 de mayo) Recuperado el 14 de mayo de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-05-interlocked-electrodes-silicon-battery-lifespan.html
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