Los aditivos de electrolitos mejoran los ánodos de metal de litio ultra delgado para baterías más duraderas
A) Rendimiento del ciclo de las células de tipo de bolsa NMC811 bajo N/P de 2.05 con E/C de 6 G AH-1 y B) Perfiles de voltaje en diferentes ciclos. C, D) Fotografías digitales y E, F) Imágenes SEM de ánodos de metal Li 20 µM después de 50 ciclos. Fotos ópticas de células conectadas con LED con g) litfms y h) agtfms después de la 50ª carga. Crédito: Materiales de energía avanzada (2025). Doi: 10.1002/aenm.202500279
Un equipo de investigación ha desarrollado una tecnología que mejora dramáticamente la estabilidad de los ánodos metálicos ultrafinados con un grosor de solo 20 μm. Dirigido por el profesor Yu Jong-sung del Departamento de Ciencia e Ingeniería de la Energía en DGIST, el equipo propuso un nuevo método utilizando aditivos de electrolitos para abordar los problemas de vida y seguridad que han obstaculizado la comercialización de las baterías de metal de litio. El trabajo se publica en la revista Advanced Energy Materials.
Los ánodos metálicos de litio (3,860 mAh G⁻¹) tienen más de 10 veces la capacidad de los ánodos de grafito ampliamente utilizados (372 mAh G⁻¹) y cuentan con un potencial de reducción estándar bajo, lo que los convierte en candidatos prometedores para materiales anódicos de próxima generación. Sin embargo, durante los ciclos de descarga de carga, el litio tiende a crecer en formas dendríticas, causando cortocircuitos y fugas térmicas, lo que conduce a problemas de vida y seguridad. Además, debido a la expansión del volumen, la interfase de electrolitos sólidos (SEI) se degrada y reformas repetidamente, lo que lleva a un rápido agotamiento de electrolitos.
El uso de metal de litio ultracino con un grosor inferior a 50 μm es esencial, especialmente para la comercialización de baterías de metal de litio. Sin embargo, tales problemas se vuelven más severos a medida que se reduce el grosor. En consecuencia, tanto la academia como la industria se han centrado en la ingeniería SEI para mejorar la estabilidad de los ánodos metálicos de litio, entre los cuales las estrategias de formación de SEI que utilizan aditivos de electrolitos han surgido como un enfoque simple pero efectivo.
Estudios anteriores han demostrado que el fluoruro de litio (LIF) contribuye a la mayor estabilidad de los ánodos metálicos de litio (Li) debido a su alta resistencia mecánica. Más recientemente, también se ha informado que Silver (AG) promueve la deposición uniforme de litio a través de una reacción de aleación con Li. Sin embargo, ninguna investigación ha explorado aún un solo aditivo capaz de formar simultáneamente tanto AG como LIF.
a) Perfiles de voltaje inicial, b) Capacidad de velocidad y c) Perfiles de rendimiento del ciclo de las células de tipo monedas LI || NMC811 bajo N/P de 2.05 con E/C de 6 G Ah-1. D-F) Imágenes SEM de sección transversal de ánodos de metal Li 20 µM después de 30 ciclos. g) Perfiles de cuantificación de ánodos de metal Li después de 100 ciclos. h) Mapa de comparación para las condiciones de las celdas de metal Li con TPFPB/TPFPP, NST y este trabajo. Crédito: Materiales de energía avanzada (2025). Doi: 10.1002/aenm.202500279
Con este fin, el equipo del profesor Yu introdujo trifluorometanosulfonato plateado (AGCF₃SO₃, o AGTFMS) como un aditivo electrolítico para abordar la formación de dendrita y la mala vida del ciclo. A través de varios análisis de superficie, el equipo confirmó que el uso de un electrolito que contiene AGTFMS conduce a la formación simultánea de Ag y LIF en la superficie metálica de litio.
En base a esto, mejoraron con éxito la estabilidad de los ánodos de metal de litio ultra dinos (20 μm) y verificaron experimentalmente que la formación de dendrita podría suprimirse de manera efectiva y la vida útil de la batería podría extenderse más de siete veces en comparación con el sistema convencional. Simultáneamente, el equipo del profesor Kang Jun-hee en la Universidad Nacional de Pusan empleó química computacional para analizar la energía de interacción entre Li y AG, aclarando así el mecanismo subyacente para una mayor estabilidad.
El profesor Yu Jong-Sung de DGIST declaró: “Este estudio se centró en superar las limitaciones del metal de litio ultra delgado y mejorar significativamente la estabilidad de las baterías de metal de litio. Al formar un SEI de alto rendimiento a través de un enfoque simple, hemos desarrollado una tecnología que mejora tanto la vida útil como la eficiencia de las baterías de litio.
“Esperamos que este avance acelere la comercialización de baterías de metal de litio como sistemas de almacenamiento de energía sostenible en diversas aplicaciones, incluidos vehículos eléctricos, vehículos aéreos no tripulados y barcos”.
Más información: Jong Hun Sung et al, ciclo dinámico del ánodo metálico ultrafino Li a través de la interfase de electrodo -electrolito que comprende AG litiofílico y una vida abundante bajo electrolito basado en carbonato, materiales de energía avanzados (2025). Doi: 10.1002/aenm.202500279
Proporcionado por el Instituto de Ciencia y Tecnología Daegu Gyeongbuk
Cita: los aditivos de electrolitos mejoran los ánodos de metal de litio ultra delgado para baterías de más duración (2025, 9 de abril) Recuperado el 9 de abril de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-04-ectrolyte-additives-ultra-thin-lithium.htmllly
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