porAman Tripathi: El sistema POSTECH mantiene una capa de metal de litio densa y suave que permanece estable durante cientos de ciclos.
Los investigadores han desarrollado un sistema de «batería de ensueño» controlado magnéticamente que proporciona cuatro veces la capacidad de almacenamiento de energía de los ánodos de grafito comerciales y al mismo tiempo mantiene una eficiencia Coulombic superior al 99% durante más de 300 ciclos.
«Se ha desarrollado una nueva tecnología de batería que ofrece un almacenamiento de energía significativamente mayor, suficiente para aliviar las preocupaciones sobre el alcance de los vehículos eléctricos, al tiempo que reduce el riesgo de fuga térmica y explosión», dijeron los investigadores en un comunicado de prensa.
Este desarrollo introduce una estrategia de “magnetoconversión” que suprime los riesgos de incendio típicamente asociados con las baterías de litio de alta densidad.
El equipo de investigación de POSTECH, dirigido por el profesor Won Bae Kim, utilizó un campo magnético externo para regular el transporte de iones de litio, proporcionando una solución técnica tanto a las limitaciones de alcance como a los problemas de seguridad inherentes a los sistemas de energía de vehículos eléctricos actuales.
El avance se centra en resolver la formación de dendritas, que son estructuras afiladas en forma de agujas que crecen durante ciclos de carga repetidos en baterías de metal litio de alta capacidad.
En configuraciones estándar, estas estructuras eventualmente perforan el separador interno de una batería, creando cortocircuitos internos que provocan fugas térmicas y explosiones.
Si bien los ánodos de grafito convencionales son el estándar actual de la industria porque son menos propensos a estos peligros, han alcanzado sus límites de capacidad inherentes.
El sistema POSTECH evita esta limitación al forzar una capa de deposición de metal de litio suave y densa que permanece estable durante cientos de ciclos.
Mecánica de la estrategia de magnetoconversión.
Esta capa estable es el resultado de aplicar un campo magnético específico a ánodos ferromagnéticos de tipo conversión de ferrita de manganeso.
«Cuando se inserta litio en el ánodo de ferrita de manganeso, se producen nanopartículas metálicas ferromagnéticas», explicaron los investigadores.
Estas partículas se alinean como imanes en miniatura dentro del electrodo bajo la influencia del campo magnético externo. Esta organización interna, ayudada por la fuerza de Lorentz (la fuerza ejercida sobre las partículas cargadas que se mueven a través de un campo magnético), impide que los iones de litio se concentren en grupos específicos.
Al dispersar los iones uniformemente por la superficie, el sistema evita el crecimiento desigual que provoca picos peligrosos.
Implicaciones futuras para la energía de próxima generación
El sistema híbrido resultante almacena energía a través de un mecanismo dual, manteniendo el litio dentro de una matriz de óxido y como litio metálico depositado en la superficie.
“Este mecanismo dual permite una capacidad de almacenamiento de energía aproximadamente cuatro veces mayor que la de los ánodos de grafito comerciales, manteniendo al mismo tiempo ciclos de carga-descarga estables sin formación de dendritas”, destaca el comunicado de prensa.
Los investigadores confirmaron que la capa uniforme de litio creada por el campo magnético permanece densa incluso después de un uso intensivo, evitando la degradación que normalmente acorta la vida útil de las baterías de alta capacidad.
El profesor Won Bae Kim señaló que este enfoque aborda los dos desafíos principales de los ánodos de metal de litio, que son la inestabilidad estructural y la formación de dendritas. El equipo de investigación espera que este descubrimiento sirva como base técnica para aumentar la velocidad de carga y el ciclo de vida de las baterías destinadas al sector de la automoción y a los sistemas de almacenamiento de energía a gran escala.
«Representa un nuevo camino hacia baterías de litio-metal más seguras y fiables». Concluyó el profesor Kim.
«Esperamos que esta tecnología sirva como base para mejorar la capacidad, el ciclo de vida y la velocidad de carga en las baterías de próxima generación».
