Baterías de iones de litio mejoradas para densidad y eficiencia energética

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Este avance podría allanar el camino para una nueva era de la electrónica móvil y los vehículos eléctricos, prometiendo un futuro de mayor rendimiento y sostenibilidad de las baterías.

Las baterías de iones de litio, piedra angular de la electrónica móvil moderna, tienen limitaciones de densidad de energía. Seminario explica que estas baterías funcionan mediante la interacción de dos electrodos: el ánodo, donde se energizan los iones de litio, y el cátodo, donde se minimiza su energía. Esta disparidad en los niveles de energía promueve la migración espontánea de iones de litio del ánodo al cátodo durante la descarga, proporcionando energía a dispositivos externos.

Investigadores de la Universidad Texas A&M han desarrollado un método novedoso basado en la mecánica cuántica para evaluar los efectos de la presión externa sobre las baterías de metal litio. Este enfoque promete avanzar en la producción de baterías de metal de litio y allanar el camino para tecnologías más duraderas y eficientes. Como parte del consorcio Battery500, su investigación tiene como objetivo mejorar el rendimiento de la batería de los vehículos de acuerdo con los objetivos del Departamento de Energía de EE. UU.

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Para abordar las limitaciones actuales, los investigadores proponen reemplazar los ánodos de grafito tradicionales con litio metálico para aumentar 10 veces la densidad de energía del ánodo. Sin embargo, la reactividad del litio metálico requiere medidas de control innovadoras, como la aplicación de presión externa. Si bien la presión externa influye significativamente en el rendimiento de la celda, su relación con la galvanoplastia de litio en celdas tipo bolsa a gran escala aún no se ha explorado. Su estudio se centra en comprender cómo la presión promueve una distribución uniforme de los iones de litio a través del ánodo, evitando la formación de dendritas que podrían provocar cortocircuitos. Utilizando técnicas teórico-computacionales, el equipo analizó meticulosamente los efectos de la presión sobre los ánodos de metal litio. Sus resultados muestran que los iones de litio tienden a migrar hacia áreas de mayor presión o mayor concentración de átomos de litio en la superficie, influenciados por el campo eléctrico del ánodo de metal de litio.

Este descubrimiento abre oportunidades para predecir el comportamiento de nuevos materiales en aplicaciones avanzadas y podría conducir potencialmente al uso generalizado de baterías de metal de litio con una vida útil más larga, mayor funcionalidad y menor costo de producción. Seminario enfatiza la importancia de sus hallazgos y señala que incorporar técnicas teórico-computacionales de los primeros principios en el diseño de materiales es fundamental para impulsar un transporte más limpio y eficiente y la adopción de vehículos eléctricos.