Batería de fibra de carbono fina como el papel con una densidad energética de 428 Wh/kg

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La integración del litio metálico en las baterías de iones de litio, con el fin de sustituir al grafito utilizado habitualmente hoy en día como material anódico, supondrá un gran paso adelante en la tecnología de almacenamiento de energía que podría permitir un gran salto en la capacidad y el rendimiento de las baterías. Pero el litio metálico es un material difícil de trabajar, y su tendencia a formar estructuras “dendríticas” que se ramifican fuera del ánodo y provocan cortocircuitos ha limitado el desarrollo.

Los investigadores están buscando diversas estrategias para superar el reto que plantea el litio metálico, y un grupo dirigido por el Instituto de Ciencia y Tecnología de Gwangju y la Universidad Nacional de Jeonbuk (Corea del Sur) ha propuesto un enfoque que parece ofrecer varias ventajas. El grupo ha trabajado con papel de fibra de carbono como sustituto de la lámina de cobre utilizada habitualmente para formar la estructura del ánodo de metal de litio.

El grupo preparó la fibra de carbono con aglutinantes poliméricos y utilizó una estructura tridimensional en la que se infundió metal de litio. La preparación se describe íntegramente en el artículo “Construction of Hierarchical Surface on Carbon Fiber Paper for Lithium Metal Batteries with Superior Stability” (Construcción de una superficie jerárquica en papel de fibra de carbono para baterías de metal de litio con estabilidad superior), publicado recientemente en Advanced Energy Materials.

Las baterías desarrolladas con el ánodo de fibra de carbono y metal de litio alcanzaron una elevada energía específica de 428 Wh/kg.

“Teniendo en cuenta que la densidad y el coste de la fibra de carbono son cinco veces menores que los del cobre, el ánodo que proponemos es un logro importante que puede acelerar la comercialización de baterías de litio metal duraderas y ligeras”, afirma Sung-Ho Lee, director del Centro de Investigación de Compuestos de Carbono del Instituto de Ciencia y Tecnología de Corea.

Otras pruebas demostraron que, durante el ciclado, el litio recubría la fibra de carbono sin formación de dendritas gracias a la formación de una capa de interfase de electrolito sólido inorgánico. Las celdas de batería completas fabricadas con los ánodos mantuvieron el 85% de su capacidad inicial después de 300 ciclos. El grupo afirma que tiene previsto seguir trabajando en este enfoque, que podría ofrecer una solución simplificada para integrar el litio-metal en el almacenamiento de energía.

“Creemos que nuestra estrategia avanzada, que es diferente de las tecnologías descritas anteriormente, como la adición de aditivos novedosos y tóxicos en los electrolitos y la modificación de la morfología de la superficie mediante métodos complicados, permitirá la realización de un LMA altamente estable con un rendimiento electroquímico sobresaliente para su aplicación en los campos prácticos de almacenamiento de energía con el fin de sustituir a los LiB convencionales”, concluye el grupo.

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