
Un dibujo que ilustra el sistema de montaje. Hay dos tinas en el sistema RET. De izquierda a derecha: (1) el primer baño se llena con electrolito en el que se deposita litio sobre una lámina de cobre; (2) el segundo baño se utiliza para eliminar los residuos de electrolitos de la lámina de cobre. Préstamo: La energía de la naturaleza (2023). DOI: 10.1038/s41560-023-01272-1
Las baterías de iones de litio (LIB), baterías que almacenan energía mediante la reducción reversible de iones de litio, se utilizan para alimentar innumerables dispositivos y tecnologías, desde computadoras portátiles y teléfonos inteligentes hasta automóviles eléctricos. Si bien las LIB tienen varias ventajas sobre otras tecnologías de baterías, su densidad de energía actual limita las distancias que los vehículos eléctricos pueden recorrer antes de que necesiten recargarse.
La investigación muestra que la formación de interfase de electrolito sólido (SEI), una capa que se forma en el ánodo dentro de las celdas de la batería, puede absorber una cantidad significativa de iones de litio. Esto afecta negativamente la eficiencia de Coulomb inicial (la eficiencia con la que se transfieren los electrones en las baterías antes de su primer ciclo), lo que reduce la densidad de energía de la batería.
Una estrategia que podría ayudar a contrarrestar este efecto al reducir la pérdida de litio activo dentro de los LIB y, por lo tanto, aumentar su densidad de energía es la prelitificación. Esta estrategia consiste básicamente en un pretratamiento de los electrodos, añadiendo litio a la celda de la batería antes del primer ciclo de trabajo.
Investigadores de la Universidad de Tsinghua introdujeron recientemente un enfoque prometedor para realizar la prelitificación de ánodos para LIB a gran escala. Su estrategia de prelitiación, introducida en La energía de la naturalezase basa en la impresión por transferencia, un método para imprimir patrones en un medio intermedio y luego aplicarlos al sustrato o material final.
“Se necesita urgentemente una estrategia de prelitificación rentable, de alta calidad y altamente compatible con la industria”, escribieron Cheng Yang, Huachun Ma y sus colegas en su artículo. “Desarrollamos un sistema de impresión por transferencia y electrodeposición rollo a rollo para la prelitificación continua de ánodos LIB. Gracias al calandrado de rollo a rollo, los ánodos prefabricados se pudieron imprimir completamente en el metal de litio depositado electrolíticamente. La separación interfacial y la adhesión durante la impresión por transferencia se relacionaron con el esfuerzo cortante y compresivo interfacial, respectivamente”.
Los científicos evaluaron su enfoque ejecutando una serie de simulaciones y pruebas electroquímicas. Descubrieron que funcionaba extremadamente bien porque podía mejorar la eficiencia de Coulomb inicial de los electrodos de grafito y de silicio-carbono para LIB, llevándolos hasta casi el 100 %.
En particular, además de permitir estas altas eficiencias iniciales de Coloumbic, el enfoque del equipo mejoró la estabilidad de las capas SEI formadas en los ánodos. Yang, Ma y sus colegas descubrieron que cuando se combinan con cátodos NMC y LFP, los dos cátodos más utilizados en LIB, los electrodos prelitioizados pueden aumentar significativamente la densidad de energía de las celdas de combustible.
“Debido a la fácil litificación previa mediante la impresión por transferencia, se lograron altas eficiencias iniciales de Coulomb del 99,99 % y el 99,05 % en los electrodos compuestos de grafito de media celda y de silicio-carbono, respectivamente”, escribieron Yang, Ma y sus colegas en su artículo. . “Se observó que la eficiencia inicial de Coulomb y la densidad de energía de las celdas completas mejoraron significativamente con los electrodos prelitioizados. La impresión por transferencia de rollo a rollo proporciona prelitificación LIB de alto rendimiento, controlada, escalable y lista para la industria”.
La estrategia de impresión por transferencia introducida por Yang, Ma y sus colegas ha mostrado resultados muy prometedores hasta el momento, lo que sugiere que eventualmente puede permitir una prelitificación confiable de electrodos a gran escala para LIB. Su artículo pronto puede inspirar a otros equipos de investigación a desarrollar enfoques similares para mejorar la densidad de energía de las LIB. Juntos, estos enfoques podrían facilitar la adopción generalizada de vehículos eléctricos.
Más información:
Cheng Yang et al., Prelitificación de ánodo de rollo a rollo de baterías de iones de litio, La energía de la naturaleza (2023). DOI: 10.1038/s41560-023-01272-1.
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