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Los investigadores suizos han desarrollado soluciones ligeras y energéticamente densas para la electromovilidad y alternativas innovadoras de almacenamiento de energía renovable de bajo coste.
![Bajo presión: Kostiantyn Kravchyk investiga si mediante presión se puede reducir el crecimiento no deseado de dendritas. El trabajo con las baterías nuevas se realiza bajo atmósfera protectora. Crédito de la foto: Empa.](https://www.electronicsforu.com/wp-contents/uploads/2023/11/battery-materials-what.jpg)
La electromovilidad consiste en tener baterías pequeñas, ligeras y densas en energía que se puedan cargar rápidamente. Por el contrario, para el almacenamiento estacionario de electricidad procedente de fuentes como la eólica y la solar, la atención se centra menos en el tamaño y más en la economía, siendo el objetivo principal minimizar los costos.
Los investigadores de los Laboratorios Federales están explorando nuevos materiales para baterías de próxima generación, desde opciones de carga rápida para vehículos hasta soluciones de bajo costo para almacenamiento estacionario, cada una con materiales personalizados y técnicas de fabricación innovadoras.
No es una tarea fácil
Todas las baterías constan de un cátodo, un ánodo y un electrolito, y las baterías de iones de litio suelen utilizar un ánodo de grafito y un cátodo de óxido metálico de litio. Los electrolitos sólidos en las baterías de estado sólido ayudan a prevenir el crecimiento de dendritas. Aún así, deben manejar la alta densidad de corriente de la carga rápida, lo que puede provocar un mayor riesgo de dendritas y mayores problemas de deposición de litio en la interfaz del electrodo.
Un material, dos capas
El equipo ha desarrollado además un electrolito sólido llamado óxido de litio, lantano y circonio (LLZO). La excelente conductividad iónica y la estabilidad química de este material lo hacen ideal para su uso en baterías. Al almacenar litio en los poros, se maximiza el área de contacto entre el litio y el electrolito y la densidad de corriente se mantiene al mínimo. La capa compacta actúa como una barrera para evitar el crecimiento de dendritas que podrían provocar un cortocircuito en la batería. Además, el equipo dio prioridad a la rentabilidad mediante el desarrollo de un método sencillo, asequible y escalable para producir estas membranas bicapa.
Hierro económico en lugar de cobalto caro
Al investigar alternativas de almacenamiento de energía estacionario, los investigadores adoptaron un enfoque único, enfatizando el costo como un factor crucial. El alto precio de las baterías estacionarias de iones de litio se debe en gran medida a los costosos materiales necesarios para sus cátodos, incluidos litio, cobalto y níquel. La búsqueda del equipo de materiales catódicos más baratos los llevó al hierro, un elemento común, pero con un inconveniente: los compuestos de hierro como los fluoruros tienen una conductividad eléctrica y una conductividad de iones de litio naturalmente bajas. Sin embargo, el equipo ha desarrollado un método rentable para imbuir al hidroxifluoruro de hierro (III) una estructura cristalina de pirocloro específica que crea canales en el material y conduce eficazmente los iones de litio.
Referencias:
Huanyu Zhang et al., Membranas LLZO autónomas sinterizadas ultrarrápidas para baterías de estado sólido de granate de litio de alta densidad de energía, Informes Celulares Ciencias Físicas (2023). DOI: 10.1016/j.xcrp.2023.101473
Julian Felix Baumgärtner et al., Hidroxifluoruros de hierro de tipo pirocloro como materiales de cátodos de iones de litio rentables para el almacenamiento de energía estacionario, Materiales avanzados (2023). DOI: 10.1002/adma.202304158
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