Un nuevo recubrimiento catódico prolonga la vida útil de las baterías de ion-litio

El Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EEUU (DOE), en colaboración con la Universidad de Ciencia y Tecnología de Hong Kong (HKUST), ha desarrollado un nuevo recubrimiento de cátodo a nivel de partículas para baterías de iones de litio destinadas a aumentar su vida útil y seguridad.

«Este es un avance increíblemente emocionante», dijo Khalil Amine, miembro distinguido de Argonne y jefe del grupo de Desarrollo de Tecnología en el departamento de Almacenamiento de Energía Electroquímica dentro de la división de Ciencias e Ingeniería Química de Argonne. Esto podría mejorar significativamente nuestra experiencia con los dispositivos que hemos llegado a confiar”.

«Esto aumentaría el rango de autonomía de los coches eléctricos y aumentaría la duración de la batería de los teléfonos celulares y las computadoras portátiles, en última instancia, cambiaría la forma en que vivimos», asegura Khalil Amine.

Las baterías de litio, que se utilizan para alimentar todo, desde automóviles eléctricos hasta teléfonos celulares y computadoras, han estado utilizando una tecnología de recubrimiento catódico durante más de 15 años.

Pero no está exento de limitaciones: es solo un recubrimiento parcial, uno que cubre solo una pequeña parte del exterior de la partícula del cátodo y no protege el cátodo cuando funciona a alto voltaje o a alta temperatura.

Los cátodos que los investigadores estaban estudiando son óxidos metálicos hechos de níquel, manganeso y cobalto. Un cátodo cargado a alto voltaje genera oxígeno, oxidando el electrolito, creando una película no deseada en el cátodo y causando pérdida de energía. Las altas temperaturas aumentan la velocidad de estas reacciones, comprometiendo el rendimiento electroquímico de la batería.

El nuevo recubrimiento, hecho con un polímero conductor llamado polietilendioxitiofeno (PEDOT), marca un gran avance en la tecnología de baterías de iones de litio, ya que protege total y completamente cada partícula del cátodo, por dentro y por fuera, de la reactividad con el electrolito.

PEDOT se aplica utilizando la técnica de deposición química de vapor oxidativa, que utiliza gas para garantizar que el recubrimiento se aplique a cada partícula del cátodo, formando una piel robusta.

El recubrimiento convencional ralentiza la difusión de litio dentro y fuera de la partícula del cátodo, disminuyendo la eficiencia de la batería debido a la baja conductividad electrónica e iónica.

Por el contrario, el nuevo recubrimiento de Argonne facilita el transporte de iones de litio y electrones dentro y fuera del cátodo, lo que aumenta la energía de la batería.

Actualmente, las baterías de iones de litio funcionan a 4.2 V a nivel celular. El nuevo recubrimiento puede ayudar a aumentar el voltaje a 4.6 V. Esta diferencia del 15 por ciento puede conducir a una reducción significativa de los costos de la batería en general.