Científicos del Departamento de Energía de Estados Unidos han desarrollado un nuevo recubrimiento inorgánico para el cátodo de las baterías que proporciona, según los resultados, una notable estabilidad electroquímica de la batería tras muchos ciclos de carga y descarga, y facilita además el flujo de iones de litio y electrones.
Este material podría permitir cargas y descargas más rápidas sin que la batería pierda rendimiento, más seguridad, una mayor vida útil y ser además la base para la próxima generación de baterías de estado sólido.
Una capa protectora para los cátodos de la batería
La fabricación de una nueva generación de baterías de iones de litio implica muchos retos, y todos son relativos a la seguridad. Por ejemplo, el electrolito líquido orgánico en las baterías de iones de litio es inflamable.
Los científicos del Laboratorio Nacional Argonne han tenido este punto muy en cuenta y han descubierto que la seguridad mejora exponencialmente cuando el electrolito líquido es reemplazado por un sólido inorgánico.
Y es que el contacto entre el cátodo y la interfaz del electrolito a menudo son inestables durante el funcionamiento de la batería y provocan un deterioro del rendimiento de la celda. ¿Cuál es la solución? Recubrir esta interfaz con otra capa que mejore la estabilidad.
Los investigadores utilizaron una técnica oxidativa de deposición química de vapor para hacer el recubrimiento catódico. Este contiene partículas encapsuladas del material del cátodo de níquel-manganeso-cobalto (NMC) con un polímero que contiene azufre.
La capa de polímero proporciona protección extra al electrolito durante el proceso de carga y descarga de la batería; mientras que el revestimiento convencional solo protege la superficie exterior del cátodo donde el interior es susceptible a agrietarse, esta capa penetra en el interior de la partícula del cátodo y proporciona un escudo adicional, bloqueando procesos que puedan degradarla.
Además, permite y facilita el transporte de iones de litio y electrones durante el funcionamiento normal de la batería, pero evita la interacción química entre la batería y el electrolito y otras reacciones que se degradan o funcionan mal en la batería. También evita la liberación de oxígeno durante la carga de la batería, un elemento que provoca la degradación de los materiales del cátodo NMC a alto voltaje.
¿Qué aplicaciones tiene esta capa protectora? Coches eléctricos, híbridos e híbridos enchufables, dispositivos electrónicos portátiles, dispositivos médicos y dispositivos espaciales, aeronáuticos y relacionados con la defensa.
De momento está en fase de pruebas, pero si consiguen desarrollar este 'escudo' a gran escala, podría ser un descubrimiento definitivo en la esfera de la electromovilidad.
