Ánodos de Li-Si estabilizados con carbono para baterías de estado sólido

Los investigadores chinos están desarrollando ánodos de Li-Si que mejoran el rendimiento y la seguridad, desbloqueando el potencial de comercialización y aceptación generalizada.

Muchos estudios se centran en las baterías de estado sólido (ASSB) porque ofrecen mayor seguridad y densidad de potencia en comparación con las baterías basadas en polímeros o líquidos. Los electrolitos de sulfuro sólido y los ánodos de metal de litio son una combinación prometedora para los ASSB. Sin embargo, los ánodos de metal Li pueden degradarse durante el funcionamiento debido al crecimiento de dendritas y reacciones químicas.

Investigadores del Instituto de Tecnologías Avanzadas de Almacenamiento de Energía del Lago Tianmu, la Academia de Ciencias de China y otros institutos en China han desarrollado ánodos de Li-Si para mejorar el rendimiento de los ASSB y minimizar el potencial de falla. Los ánodos de Li y Si en ASSB ofrecen alta densidad de energía y seguridad mejorada. Sin embargo, en el caso de los ánodos de Li, se produce un crecimiento de dendritas, mientras que en el caso de los ánodos de Si, se produce una expansión de volumen.

La síntesis implica la fabricación de un ánodo de aleación de Li-Si duro y estabilizado con carbono. Al sinterizar Si, las partículas se transforman en un continuo denso, formando una red 3D con conductividad iónica y electrónica. Esto aumenta el área activa, reduce la concentración de estrés y mejora la cinética y la estabilidad. Los investigadores desarrollaron su ánodo sometiendo una película que contenía Si y una lámina de Li a una reacción inducida por presión. Luego realizaron simulaciones y experimentos para evaluar el rendimiento. El ánodo se ha integrado en celdas con uno de dos cátodos y un electrolito utilizando Li6PS5Cl.

El equipo informó que las celdas completas que contienen el ánodo Li-Si estabilizado con carbono duro y el cátodo LiCoO2 o LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 y el electrolito Li6PS5Cl exhiben una capacidad de velocidad favorable y estabilidad cíclica. En particular, el ASSB, que utiliza un cátodo LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 con una alta carga de 5,86 mAh cm-2, logra 5.000 ciclos a 1 C (5,86 mA cm-2), que es el Potencial para la implementación práctica de hard Aspectos destacados de Li estabilizado con carbono - Ánodos de aleación de Si en ASSB. Las pruebas preliminares del ánodo de Li-Si estabilizado con carbono han mostrado un rendimiento impresionante. Inhibía eficazmente el crecimiento de las dendritas y aumentaba la densidad de corriente de los ASSB. Además, mostró una mayor estabilidad y un rendimiento electroquímico mejorado en comparación con los ánodos de base sólida introducidos anteriormente.

Este estudio y su nuevo ánodo podrían inspirar componentes prometedores para ASSB, contribuir a su comercialización y permitir la adopción generalizada de vehículos eléctricos y tecnologías avanzadas.

Referencia: Wenlin Yan et al., Ánodos de Li-Si estabilizados con carbono duro para baterías de iones de litio de estado sólido de alto rendimiento, energia natural (2023). DOI: 10.1038/s41560-023-01279-8