Crédito: Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología de Ulsan
Un equipo de investigación afiliado a UNIST ha presentado una nueva técnica de procesamiento de superficie que prolonga la vida útil de las baterías de litio-metal (LMB) al tiempo que reduce el riesgo de explosión.
El equipo, dirigido por el profesor Hyeon Jeong Lee y el profesor Seung Geol Lee del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales en UNIST, en colaboración con el equipo del profesor Ji Hoon Lee de la Universidad Nacional de Kyungpook, ha ideado un método de reacción de fase gasolina que modifica la superficie de electrodos de las LMB. Esta tecnología reacciona químicamente con la capa de pasivación nativa en metal de litio (Li), eliminándola y formando simultáneamente una capa de interfase de electrolitos sólidos (SEI) estables y protectores.
El artículo se publica en la revista ACS Nano.
Los LMB, que utilizan el metal Li como el ánodo en lugar del grafito, se consideran soluciones de almacenamiento de energía de próxima generación debido a su alta densidad de energía, duplicando potencialmente el rango de conducción de vehículos eléctricos. Sin embargo, la capa de pasivación nativa inestable en la superficie de litio impide una deposición uniforme de litio, acorta la vida útil de la batería y promueve el crecimiento de la dendrite durante la carga, lo que aumenta el riesgo de fugitivo térmico y explosiones.
El equipo de investigación innovó un proceso de reacción de gas sólido utilizando silano de fluoroalquilo, que permite la eliminación del óxido nativo y la capa de pasivación basada en carbonato. Este proceso da como resultado la formación de un SEI flexible y estable compuesto de cadenas de carbono fluoradas y una red Si-O-SI, proporcionando una barrera efectiva que facilita el transporte rápido de iones de litio.
Los cálculos de la teoría funcional de densidad (DFT) revelaron que la capa de interfaz recién formada mejora la reversibilidad de los procesos de adsorción y desorción de litio, promoviendo un recubrimiento y eliminación de litio más suave. Por el contrario, se encontró que la capa de pasivación nativa adsorbe excesivamente iones de litio, obstaculizando la desorción y perjudicando la estabilidad del ciclismo de la batería.
El profesor Seung Geol Lee explicó: “La mayoría de los estudios previos sobre la deposición de metales de Li se centraron únicamente en las energías de adsorción. Nuestra investigación considera de manera integral tanto la deposición como los procesos de desorción, proporcionando una comprensión más profunda de la reversibilidad del electrodo”.
La capa de interfaz de ingeniería fomenta un flujo uniforme de iones de litio, suprimiendo el crecimiento de la dendrita y el mantenimiento de la estabilidad mecánica. Esto permite que los electrodos de metal de Li funcionen de manera confiable incluso en electrolitos de carbonato estándar sin aditivos adicionales. Las pruebas de células de monedas con cátodos NMC811 de alta capacidad (más de 20 mg/cm²) demostraron más del doble de la vida útil del ciclo en comparación con los electrodos de metal Li convencionales.
El profesor Hyeon Jeong Lee enfatizó: “Este estudio no solo elimina la capa de pasivación, sino que también forma un recubrimiento protector y permeable a los iones de Li, que permite una operación estable a largo plazo sin dependencia de los aditivos de electrolitos. El proceso de la compatibilidad del proceso con las temperaturas relativamente bajas (alrededor de 120 ° C) y su enfoque de reacción de gases de gases escalables para las posibilidades de reacción de gases de gases escalables.
Esta investigación fue realizada por los primeros autores Siwon Choi y Seongwook Chae del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales.
Más información: Siwon Choi et al, Ingeniería de superficie estratégica de ánodos metálicos de litio: eliminación simultánea de la capa nativa y formación de la capa protectora a través de la reacción de gas -sólido, ACS nano (2025). Doi: 10.1021/acsnano.5c03708
Proporcionado por el Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología de Ulsan
Cita: la capa de interfaz de ingeniería extiende la vida y mejora la seguridad de las baterías de litio metal de próxima generación (2025, 26 de mayo) Recuperada el 26 de mayo de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-05-interface-layer-life-safety-generation.html
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